Několik letových přístrojů využívá pro svůj provoz vlastnosti gyroskopu. Nejběžnějšími nástroji obsahujícími gyroskopy jsou koordinátor svitků, ukazatel směru a indikátor polohy. Pochopit, jak tyto přístroje fungují, vyžaduje znalost napájecích systémů přístrojů, gyroskopických principů a provozních principů každého přístroje.

7.2.1 Gyroskopické principy #

Jakýkoli rotující objekt vykazuje gyroskopické vlastnosti. Kolo nebo rotor navržený a namontovaný pro využití těchto vlastností se nazývá gyroskop. Dvě důležité konstrukční charakteristiky gyroskopu přístroje jsou velká hmotnost pro jeho velikost nebo vysoká hustota a rotace při vysoké rychlosti s ložisky s nízkým třením.

Existují dva obecné typy montáží; Použitý typ závisí na tom, která vlastnost gyra je použita. Volně nebo univerzálně namontovaný gyroskop se může volně otáčet v libovolném směru kolem svého těžiště. Takové kolo má prý tři roviny svobody. Kolo nebo rotor se může volně otáčet v jakékoli rovině vzhledem k základně a je vyvážené, takže s gyroskopickým kolem v klidu zůstává v poloze, ve které je umístěno. Omezené nebo polotuhé gyroskopy jsou namontované tak, aby jedna z rovin volnosti byla držena fixní ve vztahu k základně.

Existují dvě základní vlastnosti gyroskopického působení: tuhost v prostoru a precese.

7.2.2 Tuhost v prostoru #

Tuhost v prostoru označuje princip, že gyroskop zůstává v pevné poloze v rovině, ve které se točí. Příkladem tuhosti v prostoru je kolo jízdního kola. Jak kola jízdních kol zvyšují rychlost, jsou stále stabilnější ve své rovině otáčení. To je důvod, proč je kolo velmi nestabilní a velmi ovladatelné při nízkých rychlostech a velmi stabilní a méně ovladatelné při vyšších rychlostech.

Namontováním tohoto kola nebo gyroskopu na sadu gimbalových kroužků se gyroskop může volně otáčet v libovolném směru. Pokud jsou tedy gimbalové kroužky nakloněny, zkrouceny nebo jinak pohnuty, gyro zůstává v rovině, ve které se původně otáčel. [Figure 7-18]

7.2.3 Precese #

Precese je naklánění nebo otáčení gyroskopu v reakci na průhybovou sílu. Reakce na tuto sílu nenastává v bodě, ve kterém byla aplikována; Spíše se vyskytuje v bodě, který je o 90° později ve směru rotace. Tento princip umožňuje gyru určit rychlost otáčení snímáním množství tlaku vytvořeného změnou směru. Rychlost, kterou gyroskopické předchází, je nepřímo úměrná rychlosti rotoru a úměrná průhybové síle.

Na příkladu jízdního kola působí precese na kola, aby se kolo mohlo otáčet. Při jízdě normální rychlostí není nutné otáčet řídítka ve směru požadované zatáčky. Jezdec se jednoduše nakloní směrem, kterým se chce vydat. Vzhledem k tomu, že se kola při pohledu z pravé strany kola otáčejí ve směru hodinových ručiček, pokud se jezdec nakloní doleva, působí na horní část kola doleva síla. Síla ve skutečnosti působí 90° ve směru otáčení, což má za následek působení síly na přední část pneumatiky, což způsobuje, že se kolo pohybuje doleva. Je potřeba otáčet řídítky při nízkých rychlostech kvůli nestabilitě pomalu se otáčejících gyroskopů a také zvýšit rychlost otáčení.

Precese může také způsobit drobné chyby v některých nástrojích. [Figure 7-19] Precese může způsobit, že se volně otáčející gyroskop posune ze zamýšlené roviny rotace prostřednictvím tření ložiska atd. Některé přístroje mohou vyžadovat korekční přeskupení během letu, jako je například ukazatel směru.

7.2.4 Zdroje energie #

V některých letadlech jsou všechny gyroskopy vakuové, tlakové nebo elektricky ovládané. V jiných letadlech poskytují vakuové nebo tlakové systémy energii pro ukazatele směru a polohy, zatímco elektrický systém poskytuje energii pro koordinátora zatáčky. Většina letadel má alespoň dva zdroje energie, aby zajistila, že bude k dispozici alespoň jeden zdroj bankovních informací, pokud jeden zdroj energie selže. Vakuový nebo tlakový systém otáčí gyroskopem tím, že nasává proud vzduchu proti lopatkám rotoru, aby otáčel rotorem vysokou rychlostí, podobně jako provoz vodního kola nebo turbíny. Množství vakua nebo tlaku potřebné pro provoz přístroje se liší, ale obvykle se pohybuje mezi 4,5 „Hg a 5,5″Hg.

Jedním ze zdrojů vakua pro gyroskopy je čerpadlo poháněné motorem lopatkového typu, které je namontováno na skříni motoru. Kapacita čerpadla se v různých letadlech liší v závislosti na počtu gyroskopů.

Typický vakuový systém se skládá z motorem poháněného vakuového čerpadla, pojistného ventilu, vzduchového filtru, měřidla a hadičky, které jsou nezbytné k dokončení spojů. Měřidlo je namontováno na přístrojové desce letadla a udává množství tlaku v systému (vakua se měří v palcích rtuti nižší než okolní tlak).

Jak je znázorněno na obrázku 7-20, vzduch je nasáván do vakuového systému vakuovým čerpadlem poháněným motorem. Nejprve prochází filtrem, který zabraňuje vstupu cizích látek do vakuového nebo tlakového systému. Vzduch se pak pohybuje indikátory polohy a směru, kde způsobuje, že se gyroskopy otáčí. Pojistný ventil zabraňuje překročení předepsaných limitů podtlaku nebo sání. Poté je vzduch vytlačen přes palubu nebo používán v jiných systémech, například pro nafukování pneumatických odmrazovacích bot.

Je důležité sledovat tlak vakua během letu, protože indikátory polohy a směru nemusí poskytovat spolehlivé informace, když je sací tlak nízký. Vakuum neboli sací měřidlo je obecně označeno pro označení normálního rozsahu. Některá letadla jsou vybavena výstražnou kontrolkou, která se rozsvítí, když vakuový tlak klesne pod přijatelnou úroveň.

Když vakuový tlak klesne pod normální provozní rozsah, gyroskopické nástroje mohou být nestabilní a nepřesné. Křížová kontrola nástrojů je dobrým zvykem.

7.2.5 Indikátory směru #

Letadlo používá dva typy směrových světel: indikátor otočení a skluzu a koordinátor zatáčky. Vzhledem k tomu, jak je gyro namontováno, ukazuje indikátor otočení a prokluzu pouze rychlost otáčení v stupních za sekundu. Koordinátor otáčení je namontován pod úhlem nebo nakloněný, takže může zpočátku zobrazovat rychlost náklonu. Když se náklon stabilizuje, indikuje rychlost otáčení. Oba nástroje označují směr a kvalitu otáčení (koordinace) a také slouží jako záložní zdroj bankovních informací v případě, že indikátor polohy selže. Koordinace je dosaženo odkazem na sklonoměr, který se skládá z zakřivené trubice naplněné kapalinou s kuličkou uvnitř. [Figure 7-21]

7.2.6 Indikátor otáčení a prokluzu #

Gyro v indikátoru otáčení a skluzu se otáčí ve vertikální rovině, což odpovídá podélné ose letadla. Jediný závěs omezuje roviny, ve kterých se může gyro naklánět, a pružina se ji pokusí vrátit do středu. Kvůli precesi způsobí zatáčení síla naklonění doleva nebo doprava, jak je při pohledu z sedadla pilota. Indikátor otočení a skluzu používá ukazatel, nazývaný otočný jehla, k zobrazení směru a rychlosti otáčení. Indikátor otáčení a skluzu není schopen „spadnout“ ze své rotační osy kvůli omezujícím pružinám. Když jsou na gyro aplikovány extrémní síly, gyro je posunuto ze své normální roviny rotace, čímž se jeho indikace činí neplatnými. Některé nástroje mají specifické limity náklonu a břehů, které vyvolávají pád gyra.

7.2.7 Koordinátor otáčení #

Koordinátor gimbalu v zatáčce je nakloněn; Proto může jeho gyro snímat jak rychlost náklonu, tak rychlost otáčení. Vzhledem k tomu, že koordinátoři zatáček jsou ve výcvikových letadlech častější, tato diskuse se soustředí na tento nástroj. Při převalování do zatáčky nebo z ní se miniaturní letadlo naklání ve směru, ve kterém se letadlo kutálí. Rychlá rychlost náklonu způsobuje, že se miniaturní letadlo naklání strměji než pomalé rychlosti náklonu.

Koordinátor zatáčky lze použít k vytvoření a udržení zatáčky se standardní rychlostí zarovnáním křídla miniaturního letadla s indexem zatáčky. Obrázek 7-22 ukazuje obrázek koordinátora zatáčky. Na každé straně (vlevo a vpravo) líce nástroje jsou dvě značky. První značka se používá k označení rychlosti otáčení na úrovni křídel. Druhá značka na levé a pravé straně přístroje slouží k označení standardní rychlosti otáčení. Otočení se standardní sazbou je definováno jako rychlost otáčení 3° za sekundu. Koordinátor zatáček udává pouze rychlost a směr zatáčky; nezobrazuje konkrétní úhel břehu.

7.2.8 Sklonoměr #

Sklonoměr se používá k zobrazení vybočení letadla, což je pohyb přídi letadla ze strany na stranu. Během koordinovaného, přímého a vodorovného letu, gravitační síla způsobí, že koule odpočívá v nejnižší části trubky, vystředěná mezi referenčními čarami. Koordinovaný let je udržován udržováním míče ve středu. Pokud míč není vycentrován, lze jej vycentrovat pomocí kormidla.

Chcete-li vycentrovat míč, zatlačte tlak na kormidlo na stranu, na kterou je míč vychýlen. Použijte jednoduché pravidlo „Šlápněte na kouli“, abyste si zapamatovali, který pedál kormidla sešlápnout. Pokud jsou křidélka a kormidlo koordinovány během tahu, míč zůstává vycentrován v trubici. Pokud jsou aerodynamické síly nevyvážené, koule se vzdálí od středu trubky. Jak je znázorněno na obrázku 7-22, při skluzu je rychlost otáčení příliš pomalá pro úhel náklonu a míč se pohybuje dovnitř zatáčky. Ve smyku je rychlost otáčení příliš velká pro úhel náklonu a míč se pohybuje na vnější stranu zatáčky. Chcete-li napravit tyto podmínky a zlepšit kvalitu zatáčky, nezapomeňte „šlápnout na míč“. Změna úhlu břehu může také pomoci obnovit koordinovaný let ze skluzu nebo smyku. Chcete-li opravit skluz, snižte břeh a/nebo zvýšíte rychlost otáčení. Chcete-li opravit smyk, zvyšte břeh a/nebo snižte rychlost otáčení.

7.2.9 Řetězec yaw #

Dalším nástrojem, který lze přidat do letadla, je šňůra stáčení. Syw provázek je jednoduše provázek nebo kus příze připevněný ke středu čelního skla. V koordinovaném letu se struna táhne přímo zpět přes horní část větrné obrazovky. Když letadlo buď klouže nebo smykem, výkyvná struna se pohybuje doprava nebo doleva v závislosti na směru skluzu nebo smyku.

7.2.10 Kontrola přístroje #

Během předletu zkontrolujte, zda je sklonoměr plný tekutiny a nemá žádné vzduchové bubliny. Míč by také měl odpočívat v nejnižším bodě. Při pojíždění by měl koordinátor zatáčky naznačit zatáčku správným směrem, zatímco se míč pohybuje v opačném směru ve směru zatáčky.

7.2.11 Indikátor polohy #

Indikátor polohy se svým miniaturním letadlem a horizontem horizontu zobrazuje obrázek polohy letadla. Vztah miniaturního letadla k baru horizontu je stejný jako vztah skutečného letadla ke skutečnému horizontu. Nástroj poskytuje okamžitou indikaci i těch nejmenších změn postoje.

Gyro v indikátoru polohy je namontováno ve vodorovné rovině a pro jeho činnost závisí na tuhosti v prostoru. Obzorový pruh představuje skutečný horizont. Tato tyč je připevněna ke gyru a zůstává ve vodorovné rovině, když je letadlo nakloněno nebo nakloněno kolem své boční nebo podélné osy, což ukazuje na polohu letadla vzhledem ke skutečnému horizontu. [Figure 7-23]

Gyro se točí v horizontální rovině a odolává vychýlení rotační dráhy. Vzhledem k tomu, že gyro spoléhá na tuhost ve vesmíru, letadlo se ve skutečnosti otáčí kolem rotujícího gyra.

Je k dispozici nastavovací knoflík, se kterým může pilot posouvat miniaturní letadlo nahoru nebo dolů, aby vyrovnal miniaturní letadlo s horizontem, aby vyhovoval linii vidění pilotů. Normálně je miniaturní letadlo nastaveno tak, aby křídla překrývala horizont, když je letadlo v rovném letu.

Limity rozteče a bank závisí na značce a modelu nástroje. Limity v náklonové rovině jsou obvykle od 100° do 110° a limity rozteče jsou obvykle od 60° do 70°. Pokud je překročen některý z limitů, přístroj se zhroutí nebo se rozlije a bude dávat nesprávné indikace, dokud nebude znovu zarovnán. Řada moderních indikátorů polohy neklesá.

Každý pilot by měl být schopen interpretovat bankovní stupnici znázorněnou na obrázku 7-24. Většina ukazatelů bankovní stupnice na horní straně přístroje se pohybuje stejným směrem, než ve kterém je letadlo ve skutečnosti nakloněno. Některé další modely se pohybují opačným směrem, než ve kterém je letadlo skutečně nakloněno. To může zmást pilota, pokud se indikátor používá k určení směru banky. Toto měřítko by se mělo používat pouze k řízení stupně požadované banky. Vztah miniaturního letadla k lištu horizontu by měl být použit pro indikaci směru břehu.

Indikátor polohy je spolehlivý a nejrealističtější letový přístroj na přístrojové desce. Jeho náznaky jsou velmi těsné přiblížení skutečné polohy letadla.

7.2.12 Indikátor záhlaví #

Indikátor kurzu je v podstatě mechanický přístroj určený k usnadnění použití magnetického kompasu. Chyby v magnetickém kompasu jsou četné, což ztěžuje dosažení přímých letů a přesných otáčení na hlavičky, zejména v turbulentním vzduchu. Indikátor kurzu však není ovlivněn silami, které ztěžují interpretaci magnetického kompasu. [Figure 7-25]

Knoflík nastavení se používá k vyrovnání indikátoru kurzu s magnetickým kompasem.

Činnost indikátoru kurzu závisí na principu tuhosti v prostoru. Rotor se otáčí ve svislé rovině a připevněný k rotoru je karta kompasu. Protože rotor zůstává tuhý v prostoru, body na kartě mají stejnou polohu v prostoru vzhledem ke vertikální rovině gyra. Letoun se ve skutečnosti otáčí kolem rotujícího gyra, nikoli naopak. Vzhledem k tomu, že pouzdro přístroje a letadlo se točí kolem svislé osy gyra, karta poskytuje jasné a přesné informace o kurzu.

Vzhledem k precesi způsobené třením se indikátor směru vkrádá nebo unáší z hlavičky, na kterou je nastaven. Mimo jiné faktory závisí do značné míry na stavu přístroje. Pokud jsou ložiska opotřebovaná, znečištěná nebo nesprávně mazána, může být drift nadměrný. Další chyba v indikátoru kurzu je způsobena skutečností, že gyroskop je orientován v prostoru a Země se otáčí v prostoru rychlostí 15° za 1 hodinu. Sleva z precese způsobená třením tedy může indikátor kurzu indikovat až 15° chybu za každou hodinu provozu.

Některé indikátory kurzu označované jako indikátory horizontální situace (HSI) přijímají magnetický severní referenci z magnetického otročího vysílače a obecně nepotřebují žádné úpravy. Magnetický otročí vysílač se nazývá magnetometr.

7.2.13 Referenční systém postojů a nadpisů (AHR) #

Elektronické letové displeje nahradily volně se rotující gyroskopy polovodičovými laserovými systémy, které jsou schopné letu při jakékoli poloze bez převrácení. Tato schopnost je výsledkem rozvoje referenčního systému postojů a hlaviček (AHR).

AHRS odesílá informace o postoji do PFD, aby generoval informace o prezentaci a bankách indikátoru postoje. Informace nadpisu jsou odvozeny z magnetometru, který snímá zemské linie magnetického toku. Tyto informace jsou poté zpracovány a odeslány do PFD, aby se vygeneroval zobrazení záhlaví. [Figure 7-26]

7.2.14 Systém Flux Gate Compass #

Jak již bylo zmíněno dříve, čáry toku v zemském magnetickém poli mají dvě základní charakteristiky: magnet se s nimi zarovná a elektrický proud je indukován nebo generován v jakémkoli drátu, který procházejí.

Fluxní bránový kompas, který pohání podřízené gyroskopy, využívá charakteristiku indukce proudu. Ventil tavidla je malý, segmentovaný kroužek, jako ten na obrázku 7-27, vyrobený z měkkého železa, který snadno přijímá linie magnetického toku. Elektrická cívka je navinuta kolem každé ze tří nohou, aby přijala proud indukovaný v tomto prstenci magnetickým polem Země. Cívka navinutá kolem železné rozpěrky ve středu rámu protéká střídavým proudem 400 Hz (AC). V dobách, kdy tento proud dosáhne svého vrcholu, dvakrát během každého cyklu, je touto cívkou produkováno tolik magnetismu, že rám nemůže přijmout čáry toku ze zemského pole.

Jak se proud mezi vrcholy obrací, demagnetizuje rám, takže může přijímat tok ze zemského pole. Jak se tento tok protíná přes vinutí ve třech cívkách, způsobuje to, že v nich proudí proud. Tyto tři cívky jsou spojeny tak, že proud, který v nich protéká, se mění se změnou směru letadla. [Figure 7-28]

Tyto tři cívky jsou připojeny ke třem podobným, ale menším cívkám v synchronizaci uvnitř pouzdra přístroje. Synchro otáčí voličem rádiového magnetického indikátoru (RMI) nebo HSI.

7.2.15 Vzdálený indikační kompas #

Vzdálené indikační kompasy byly vyvinuty pro kompenzaci chyb a omezení staršího typu indikátorů kurzu. Dvě panely namontované součásti typického systému jsou obrazový indikátor navigace a otroctví a kompenzační jednotka. [Figure 7-29] Obrazový navigační indikátor se běžně označuje jako HSI.

Otročí ovládací a kompenzační jednotka má tlačítko, které poskytuje prostředek pro výběr režimu „otročí gyroskop“ nebo „volné gyroskopy“. Tato jednotka má také otrocký měřič a dvě tlačítka ručního kurzu. Otročí měřič udává rozdíl mezi zobrazeným kurzem a magnetickým kurzem. Pravá výchylka označuje chybu ve směru hodinových ručiček karty kompasu; Levá průhyb indikuje chybu proti směru hodinových ručiček. Kdykoli je letadlo v zatáčce a karta se otáčí, otročí měřič ukazuje plnou výchylku na jednu nebo druhou stranu. Když je systém v režimu „Free Gyro“, lze kartu Compass upravit stisknutím příslušného tlačítka Heading-Drive.

Samostatná jednotka, magnetický otročí vysílač, je namontován na dálku, obvykle v špičce křídla, aby se eliminovala možnost magnetického rušení. Obsahuje tavidlo, což je zařízení pro snímání směru systému. Koncentrace čar magnetické síly se po zesílení stává signálem přenášeným do jednotky indikátoru kurzu, která je také namontována na dálku. Tento signál ovládá momentový motor v indikátorové jednotce kurzu, který zpracovává gyroskopickou jednotku, dokud není zarovnán se signálem vysílače. Magnetický otročí vysílač je elektricky připojen k HSI.

Existuje řada návrhů dálkového indikačního kompasu; Proto jsou zde popsány pouze základní vlastnosti systému. Přístrojové piloty se musí seznámit s charakteristikami zařízení ve svém letadle.

Vzhledem k tomu, že přístrojové desky jsou přeplněnější a dostupná doba skenování pilotů je zkrácena o větší pracovní zátěž letové paluby, výrobci přístrojů pracovali na kombinování přístrojů. Jedním z dobrých příkladů je RMI na obrázku 7-30. Karta kompasu je poháněna signály z toku a dva ukazatele jsou poháněny automatickým směrovačem směru (ADF) a všesměrovým rádiovým rozsahem (VHF) s velmi vysokou frekvencí (VHF).

Indikátory nadpisů, které nemají tuto funkci automatického vyhledávání severu, se nazývají „volné“ gyroskopy a vyžadují pravidelné úpravy. Je důležité často kontrolovat indikace (přibližně každých 15 minut) a v případě potřeby resetovat indikátor záhlaví tak, aby byl zarovnán s magnetickým kompasem. Nastavte indikátor kurzu na směr magnetického kompasu, když je letadlo rovné a vyrovnané při konstantní rychlosti, aby nedošlo k chybám kompasu.

Limity banky a rozteče ukazatele kurzu se liší podle konkrétního designu a značky nástroje. U některých ukazatelů kurzu nalezených v lehkých letadlech jsou limity přibližně 55° sklonu a 55° břehu. Při překročení kteréhokoli z těchto limitů polohy se nástroj „spadne“ nebo „rozlije“ a již nedává správnou indikaci až do resetování. Po rozlití může být resetován pomocí knoflíku v kleci. Mnoho z používaných moderních nástrojů je navrženo tak, aby nespadly.

Může dojít k další chybě precese v důsledku toho, že se gyro neotáčí dostatečně rychle, aby zachovalo jeho zarovnání. Když vakuový systém přestane produkovat dostatečné sání pro udržení rychlosti gyroskopu, indikátor kurzu a gyrosvody indikátoru polohy se začnou zpomalovat. Jak se zpomalují, stávají se náchylnějšími k vychýlení z roviny rotace. Některá letadla mají výstražná světla, která indikují, že nastala situace s nízkým vakuem. Jiná letadla mohou mít pouze vakuum, který indikuje sání.

7.2.16 Kontrola přístroje #

Když se gyroskop cítí, ujistěte se, že nejsou žádné abnormální zvuky. Při pojíždění by měl přístroj indikovat zatáčky správným směrem a precese by neměla být abnormální. Při nastavení volnoběhu nemusí gyroskopické přístroje využívající vakuový systém dosahovat provozních rychlostí a precese může nastat rychleji než během letu.