Кілька льотних приладів використовують властивості гіроскопа для своєї роботи. Найпоширенішими інструментами, що містять гіроскопи, є координатор повороту, індикатор заголовка та індикатор ставлення. Щоб зрозуміти, як працюють ці інструменти, потрібні знання систем живлення приладів, гіроскопічних принципів та принципів роботи кожного приладу.

7.2.1 Гіроскопічні принципи #

Будь-який об’єкт, що обертається, має гіроскопічні властивості. Колесо або ротор, призначені та встановлені для використання цих властивостей, називається гіроскопом. Дві важливі конструктивні характеристики інструмента гіроскопа – це велика вага для його розміру або високої щільності, а також обертання на високій швидкості з низькими підшипниками тертя.

Існує два загальних типи кріплень; Використовуваний тип залежить від того, яка властивість гіроскопа використовується. Вільно або універсально встановлений гіроскоп може вільно обертатися в будь-якому напрямку навколо його центру ваги. Кажуть, що таке колесо має три площини свободи. Колесо або ротор можуть вільно обертатися в будь-якій площині по відношенню до основи і врівноважується так, що, коли колесо гіроскопа знаходиться в стані спокою, воно залишалося в положенні, в якому воно розташоване. Обмежені або напівжорсткі гіроскопи – це ті, що встановлені так, щоб одна з площин свободи фіксувалася по відношенню до основи.

Існують дві фундаментальні властивості гіроскопічної дії: жорсткість у просторі та прецесія.

7.2.2 Жорсткість у просторі #

Жорсткість у просторі відноситься до принципу, що гіроскоп залишається у фіксованому положенні в площині, в якій він обертається. Прикладом жорсткості в просторі є велосипедне колесо. У міру збільшення швидкості велосипедних коліс вони стають все більш стійкими у своїй площині обертання. Ось чому велосипед дуже нестійкий і дуже маневрений на низьких швидкостях і дуже стійкий і менш маневрений на більш високих швидкостях.

Встановивши це колесо, або гіроскоп, на наборі кілець карданних підвісів, гіроскоп може вільно обертатися в будь-якому напрямку. Таким чином, якщо кільця підвісу нахилені, скручуються або переміщуються іншим чином, гіроскоп залишається в площині, в якій вона спочатку оберталася. [Figure 7-18]

7.2.3 Прецесія #

Прецесія – це нахил або поворот гіроскопа у відповідь на силу, що відхиляється. реакція на цю силу не відбувається в точці, в якій вона була прикладена; Швидше, це відбувається в точці, яка на 90° пізніше в напрямку обертання. Цей принцип дозволяє гіроскопу визначити швидкість повороту, відчуваючи величину тиску, створену зміною напрямку. Швидкість, з якою виконується прецес гіроскопа, обернено пропорційна швидкості ротора і пропорційна силі, що відхиляється.

На прикладі велосипеда прецесія діє на колеса, щоб дозволити велосипеду повернути. Під час їзди зі звичайною швидкістю необов’язково повертати ручки в напрямку потрібного повороту. Вершник просто нахиляється в тому напрямку, в якому він або вона хоче рухатися. Оскільки колеса обертаються за годинниковою стрілкою, якщо дивитися з правого боку велосипеда, якщо гонщик нахиляється вліво, до верхньої частини колеса вліво прикладається сила. Сила фактично діє на 90° в напрямку обертання, що має ефект прикладення сили до передньої частини шини, змушуючи велосипед рухатися вліво. Виникає потреба повертати кермо на низьких швидкостях через нестабільність повільно обертових гіроскопів, а також збільшення швидкості повороту.

Прецесія також може створити деякі незначні помилки в деяких інструментах. [Figure 7-19] Прецесія може спричинити зміщення гіроскопа, що вільно обертається, з його передбачуваної площини обертання через тертя підшипника тощо. Деякі інструменти можуть потребувати виправлення під час польоту, наприклад, індикатор курсу.

7.2.4 Джерела живлення #

У деяких літаках усі гіроскопи мають вакуум, тиск або електрично. В інших літаках системи вакууму або тиску забезпечують потужність для індикаторів курсу та положення, тоді як електрична система забезпечує потужність для координатора повороту. Більшість літаків мають принаймні два джерела живлення, щоб забезпечити доступність принаймні одного джерела банківської інформації, якщо одне джерело живлення виходить з ладу. Система вакууму або тиску обертає гіроскоп, притягуючи потік повітря до лопатей ротора, щоб обертати ротор на високій швидкості, так само, як робота водяного колеса або турбіни. Кількість вакууму або тиску, необхідного для роботи приладу, змінюється, але зазвичай становить від 4,5 “Hg до 5,5” Hg.

Одним з джерел вакууму для Gyros є насос з двигуном з лопатковим двигуном, який встановлений на додатковому корпусі двигуна. Потужність насоса різна в різних літаках, залежно від кількості гіроскопів.

Типова вакуумна система складається з вакуумного насоса з приводом двигуна, запобіжного клапана, повітряного фільтра, датчика та трубок, необхідних для завершення з’єднань. Датчик встановлений на приладовій панелі літака і вказує на величину тиску в системі (вакуум вимірюється в дюймах ртуті менше, ніж тиск навколишнього середовища).

Як показано на малюнку 7-20, повітря втягується у вакуумну систему вакуумним насосом з приводом двигуна. Спочатку він проходить через фільтр, який запобігає потраплянню сторонніх речовин у вакуум або систему тиску. Потім повітря рухається через індикатори положення та заголовка, де це викликає обертання гіроскопів. Запобіжний клапан запобігає перевищенню встановлених меж вакуумного тиску або всмоктування. Після цього повітря викидається за борт або використовується в інших системах, наприклад, для надуваження пневматичних черевиків.

Важливо стежити за вакуумним тиском під час польоту, оскільки показники положення та курсу можуть не давати достовірної інформації, коли тиск всмоктування низький. Вакуум, або всмоктування, зазвичай позначений, щоб позначити нормальний діапазон. Деякі літаки оснащені попереджувальною лампою, яка світиться, коли вакуумний тиск падає нижче допустимого рівня.

Коли вакуумний тиск падає нижче нормального робочого діапазону, гіроскопічні прилади можуть стати нестабільними та неточними. Регулярна перевірка інструментів є хорошою звичкою для розвитку.

7.2.5 Покажчики поворотів #

Літаки використовують два типи покажчиків поворотів: індикатор повороту і ковзання та координатор повороту. Через те, як монтується гіроскоп, індикатор повороту та ковзання показує лише швидкість повороту в градусах за секунду. Координатор повороту встановлений під кутом або нахилений, тому спочатку він може показувати швидкість крену. Коли рулон стабілізується, він вказує швидкість повороту. Обидва інструменти вказують на напрямок і якість повороту (координацію), а також служать резервним джерелом банківської інформації у випадку, якщо індикатор ставлення не вдається. Координація досягається шляхом посилання на інклінометр, який складається з заповненої рідиною вигнутої трубки з кулькою всередині. [Figure 7-21]

7.2.6 Індикатор повороту та ковзання #

Гіро в індикаторі повороту і ковзання обертається у вертикальній площині, що відповідає поздовжній осі літаків. Один кардан обмежує площини, в яких може нахилятися гіроскоп, а пружина намагається повернути її в центр. Через прецесію сила, що потягує, змушує гіроскоп нахилятися вліво або вправо, якщо дивитися з сидіння пілота. Індикатор повороту та ковзання використовує вказівник, який називається поворотом, щоб показати напрямок і швидкість повороту. Індикатор повороту і ковзання не в змозі «впасти» зі своєї осі обертання через обмежувальні пружини. Коли до гіроскопа прикладаються екстремальні сили, гіроскоп зміщується з його нормальної площини обертання, що робить його ознаки недійсними. Деякі інструменти мають певні обмеження висоти звуку та банку, які викликають падіння гіроскопа.

7.2.7 Координатор повороту #

Координатор повороту в повороті нахилений; Таким чином, його гіроскоп може відчувати як швидкість крену, так і швидкість повороту. Оскільки координатори поворотів є більш поширеними в навчальних літаках, це обговорення зосереджено на цьому інструменті. При котлі в поворот або з нього мініатюрні літаки згортаються в тому напрямку, в якому літак перекочується. Швидка швидкість крену призводить до того, що мініатюрний літак рухається більш крутим, ніж повільний темп.

Координатор повороту можна використовувати для встановлення та підтримки стандартного повороту шляхом вирівнювання крила мініатюрного літака з індексом повороту. На малюнку 7-22 показано зображення координатора повороту. На кожній стороні (ліворуч і праворуч) є дві позначки. Перша позначка використовується для посилання на нульову швидкість повороту крил. Друга позначка на лівій і правій стороні інструменту служить для вказівки стандартної швидкості повороту. Поворот стандартної швидкості визначається як швидкість повороту 3° за секунду. Координатор повороту вказує лише швидкість і напрямок повороту; Він не відображає певний кут нахилу.

7.2.8 Інклінометр #

Інклінометр використовується для зображення рискання літака, який є рухом носа з боку в бік. Під час скоординованого прямого польоту сила тяжіння змушує м’яч спочивати в нижній частині трубки, по центру між опорними лініями. Скоординований політ підтримується шляхом підтримки м’яча в центрі. Якщо кулька не центрована, її можна центрувати за допомогою керма.

Щоб відцентрувати м’яч, прикладіть натиск керма на ту сторону, до якої відхиляється м’яч. Використовуйте просте правило «наступати на м’яч», щоб згадати, яку педаль керма натиснути. Якщо під час повороту координуються елерон і кермо, кулька залишається в центрі труби. Якщо аеродинамічні сили не врівноважені, м’яч віддаляється від центру трубки. Як показано на малюнку 7-22, під час ковзання швидкість повороту занадто повільна для кута нахилу, і м’яч рухається всередину повороту. У ковзанні швидкість повороту занадто велика для кута нахилу, а м’яч рухається на зовнішню частину повороту. Щоб виправити ці умови і покращити якість ходу, не забудьте «наступити на м’яч». Зміна кута нахилу також може допомогти відновити скоординований політ від ковзання або заносу. Щоб виправити помилку, зменшіть банк та/або збільште швидкість повороту. Щоб виправити занос, збільште банку та/або зменшіть швидкість повороту.

7.2.9 Рядок YAW #

Ще одним інструментом, який можна додати до літака, є струна рискання. Рядок – це просто мотузка або шматок пряжі, прикріплений до центру вітрового екрану. Під час скоординованого польоту струна тягнеться прямо через верхню частину вітрового екрану. Коли літак ковзає або ковзає, струна рискання рухається вправо або вліво залежно від напрямку ковзання або ковзання.

7.2.10 Перевірка приладу #

Під час передпольоту перевірте, чи є в клінометрі повно рідини і не має бульбашок повітря. М’яч також повинен відпочивати в найнижчій точці. Під час рулювання координатор повороту повинен вказати поворот у правильному напрямку, коли м’яч рухається протилежно напрямку повороту.

7.2.11 Показник ставлення #

Індикатор ставлення з його мініатюрним літаком і бруском горизонту відображає зображення ставлення літака. Зв’язок мініатюрного літака з смугою горизонту те саме, що зв’язок реального літака з фактичним горизонтом. Інструмент дає миттєву ознаку навіть найменших змін у ставленні.

Гіро в індикаторі положення встановлюється в горизонтальній площині і залежить від жорсткості в просторі для його роботи. Смужка горизонту представляє справжній горизонт. Ця планка закріплена на гіроскопі і залишається в горизонтальній площині, коли літак нахиляється або нахиляється навколо його бічної або поздовжньої осі, що вказує на положення літака відносно справжнього горизонту. [Figure 7-23]

Гіро обертається в горизонтальній площині і протистоїть відхиленню шляху обертання. Оскільки гіроскоп покладається на жорсткість у просторі, літак фактично обертається навколо обертового гіроскопа.

Передбачена ручка регулювання, за допомогою якої пілот може переміщати мініатюрний літак вгору або вниз, щоб вирівняти мініатюрний літак із планкою горизонту, щоб відповідати лінії зору пілота. Зазвичай мініатюрний літак налаштовується так, щоб крила перекривали планку горизонту, коли літак перебуває в прямому і рівній крейсерському польоті.

Обмеження висоти та банку залежать від марки та моделі інструменту. Обмеження в банківській площині зазвичай від 100° до 110°, а межі кроку зазвичай від 60° до 70°. Якщо будь-яка межа перевищена, інструмент впаде або розлинеться і дасть неправильні вказівки до перебудови. Ряд сучасних показників ставлення не падає.

Кожен пілот повинен мати можливість інтерпретувати банківську шкалу, проілюстровану на малюнку 7-24. Більшість індикаторів банківської шкали у верхній частині інструмента рухаються в тому ж напрямку, що й літак, у якому фактично направляється літак. Деякі інші моделі рухаються в протилежному напрямку від того, в якому літак фактично розташований. Це може заплутати пілот, якщо індикатор використовується для визначення напрямку банку. Цю шкалу слід використовувати лише для контролю ступеня бажаного банку. Відносини мініатюрного літака до смуги горизонту слід використовувати для вказівки напрямку берега.

Індикатор ставлення є надійним і найбільш реалістичним польотом на панелі приладів. Його ознаками є дуже близькі наближення фактичного положення літака.

7.2.12 Індикатор курсу #

Індикатор курсу в основному є механічним приладом, призначеним для полегшення використання магнітного компаса. Помилки в магнітному компасі численні, що ускладнює прямий політ і точність поворотів до заголовків, особливо в турбулентному повітрі. Однак на індикатор заголовка не впливають сили, які ускладнюють інтерпретацію магнітного компаса. [Figure 7-25]

Регулювальна ручка використовується для вирівнювання індикатора курсу з магнітним компасом.

Робота індикатора курсу залежить від принципу жорсткості в просторі. Ротор обертається у вертикальній площині і закріплений на роторі є картою компаса. Оскільки ротор залишається жорстким у просторі, точки на карті утримують те саме положення в просторі відносно вертикальної площини гіроскопа. Літак фактично обертається навколо обертового гіроскопа, а не навпаки. Оскільки корпус приладу та літак обертаються навколо вертикальної осі гіроскопа, карта надає чітку та точну інформацію про курс.

Через прецесію, викликану тертям, індикатор заголовка повзає або відходить від заголовка, до якого він встановлений. Серед інших факторів величина дрейфу значною мірою залежить від стану інструменту. Якщо підшипники зношені, забруднені або неправильно змащені, дрейф може бути надмірним. Ще одна помилка в індикаторі курсу викликана тим, що гіроскоп орієнтований у просторі, а Земля обертається в просторі зі швидкістю 15° за 1 годину. Таким чином, дисконтуючи прецесію, викликану тертям, індикатор курсу може вказувати на 15° похибки за кожну годину роботи.

Деякі індикатори курсу, які називаються індикаторами горизонтальної ситуації (HSI), отримують магнітне посилання на північ від передавача магнітного підпорядкування, і, як правило, не потребують регулювання. Магнітний передавач називається магнітометром.

7.2.13 Система довідки про ставлення та заголовок (AHRS) #

Електронні дисплеї польоту замінили вільні гіроскопи твердотільними лазерними системами, які здатні літати при будь-якому положенні, не перекидаючись. Ця здатність є результатом розвитку системи посилання на ставлення та заголовка (AHRS).

AHRS надсилає інформацію про ставлення до PFD, щоб генерувати інформацію про подачу та банківську інформацію індикатора ставлення. Інформація про заголовок отримана з магнітометра, який визначає лінії магнітного потоку Землі. Потім ця інформація обробляється та надсилається до PFD для створення дисплея заголовка. [Figure 7-26]

7.2.14 Система компаса затвора потоку #

Як згадувалося раніше, лінії потоку в магнітному полі Землі мають дві основні характеристики: магніт вирівнюється з ними, а електричний струм індукується або генерується в будь-якому дроті, перехрещеному ними.

Компас затвора потоку, який керує підпорядкованими гіроскопами, використовує характеристику індукції струму. Клапан потоку – це невелике сегментне кільце, як на малюнку 7-27, виготовлене з м’якого заліза, яке легко приймає лінії магнітного потоку. Електрична котушка намотана навколо кожної з трьох ніжок, щоб прийняти струм, викликаний у цьому кільці магнітним полем Землі. Котушка, намотана навколо залізної прокладки в центрі рами, має протікання змінного струму 400 Гц (AC). У часи, коли цей струм досягає свого піку, двічі протягом кожного циклу, ця котушка створюється настільки багато магнетизму, що рамка не може прийняти лінії потоку з поля Землі.

Коли струм змінюється між піками, він розмагнічує рамку, щоб вона могла приймати потік із поля Землі. Оскільки цей потік перетинає обмотки в трьох котушках, це викликає течію в них. Ці три котушки з’єднані таким чином, що струм, що протікає в них, змінюється в міру зміни курсу літака. [Figure 7-28]

Три котушки з’єднані з трьома подібними, але меншими котушками в синхроні всередині корпусу приладу. Синхро обертає циферблат радіомагнітного індикатора (RMI) або HSI.

7.2.15 Дистанційний компас #

Для компенсації похибок і обмежень старих типів заголовків були розроблені компаси з дистанційним індикацією. Двома компонентами типової системи, встановленими на панелі, є індикаторний індикатор навігації та блок контролю та компенсатора. [Figure 7-29] Ілюстративний навігаційний індикатор зазвичай називають HSI.

Блок керування та компенсатору з підпорядкуванням має кнопку, яка забезпечує засіб вибору режиму «підпорядкований гіроскоп» або «вільний гіроскоп». Цей пристрій також має лічильник з ручним приводом і дві кнопки з ручним приводом. Лічильник рабів вказує на різницю між відображеним курсом і магнітною позицією. Правий відхилення вказує на помилку карти компаса за годинниковою стрілкою; Прогин лівого боку вказує на помилку проти годинникової стрілки. Щоразу, коли літак знаходиться в повороті і карта обертається, лічильник-невільник показує повний відхилення в одну чи іншу сторону. Коли система знаходиться в режимі «вільний гіроскоп», карту компаса можна налаштувати, натиснувши відповідну кнопку заголовка.

Окремий блок, передавач магнітного підпорядкування встановлюється дистанційно, зазвичай у кінчику крила, щоб виключити можливість магнітних перешкод. Він містить клапан потоку, який є пристроєм для визначення напрямку системи. Концентрація ліній магнітної сили після посилення стає сигналом, що передається на блок індикатора курсу, який також віддалено змонтований. Цей сигнал керує двигуном крутного моменту в блоці індикатора курсу, який обробляє блок гіроскопа, поки він не буде вирівняний з сигналом передавача. Передавач магнітного підпорядкування електрично підключений до HSI.

Існує ряд конструкцій пульта дистанційного індикації; Тому тут розглянуто лише основні особливості системи. Пілоти приладів повинні ознайомитися з характеристиками обладнання у своєму літаку.

Оскільки панелі приладів стають більш переповненими, а доступний час сканування пілотів скорочується через більш важке навантаження на палубу, виробники інструментів працювали над поєднанням інструментів. Одним із гарних прикладів цього є RMI на малюнку 7-30. Карта компаса приводиться в дію сигналами від потокового клапана, а два вказівники приводяться в рух за допомогою автоматичного шукача напрямків (ADF) і дуже високочастотного (VHF) всеспрямованого радіодіапазону (VOR).

Індикатори заголовка, які не мають цієї автоматичної можливості пошуку з півночі, називаються «вільними» гіроскопами і вимагають періодичного налаштування. Важливо часто перевіряти індикації (приблизно кожні 15 хвилин) і скидати індикатор курсу, щоб вирівняти його з магнітним компасом, коли це потрібно. Відрегулюйте індикатор курсу до курсу магнітного компаса, коли літак прямий і на рівні з постійною швидкістю, щоб уникнути помилок компаса.

Межі банку та кроку індикатора заголовка змінюються залежно від конкретної конструкції та марки інструмента. За деякими показниками курсу, знайденими в легких літаках, межі становлять приблизно 55° кроку і 55° берега. Коли будь-який із цих обмежень ставлення перевищено, інструмент «перекидається» або «розливає» і більше не дає правильну індикацію до скидання. Після розливання його можна скинути за допомогою ручки клітки. Багато з використовуваних сучасних інструментів розроблені таким чином, що вони не впадають.

Додаткова помилка прецесії може виникнути через те, що гіроскоп не крутиться достатньо швидко, щоб підтримувати його вирівнювання. Коли вакуумна система припиняє виробляти достатнє всмоктування для підтримки швидкості гіроскопа, індикатор заголовка та індикатор положення починають сповільнюватися. Коли вони сповільнюються, вони стають більш сприйнятливими до відхилення від площини обертання. Деякі літаки мають попереджувальні лампи, які вказують на те, що виникла ситуація з низьким вакуумом. Інші літаки можуть мати лише вакуумний датчик, який вказує на всмоктування.

7.2.16 Перевірка приладу #

Коли гіроскоп згорнеться, переконайтеся, що немає аномальних звуків. Під час руління інструмент повинен вказувати повороти в правильному напрямку, а прецесія не повинна бути ненормальною. При налаштуваннях холостого ходу гіроскопічні прилади, що використовують вакуумну систему, можуть не досягати робочих швидкостей, а прецесія може відбуватися швидше, ніж під час польоту.