УДК 629.7.052 / 051.07 : 531.383
Маджаров А. Н.
Жироскопи и инерциални навигационни системи. Д. Митрополия, 2000. 416 стр.: 156 фиг. :
библ. 67
Изложена е приложната теория на жироскопа. Разгледана е физическата същност и принципа на действие на механични и оптични жироскопи, използвани в жиростабилизирани платформи и навигационни системи. Теорията на автономната инерциалната навигация е изведена с уточняване на математически модели за геометричната форма на Земята и нейното гравитационно поле. Разглеждат се алгоритми за функциониране на авиационни
инерциални навигационни системи, непритежаващи методически грешки.Книгата е предназначена за първоначално запознаване с теорията и използването на жироскопите в инерциалната навигация.
У
Анастас Николов Маджаров, д-рУ
ВВВУ “Георги Бенковски” – 2000г.
ISBN 954-713-046-3
ВЪВЕДЕНИЕ
Практически не съществува летателен апарат, управлението и ориентацията на който да се осъществява без жироскопични устройства. Заедно с акселерометрите те са основните източници на първична информация в инерциалните навигационни системи (ИНС). Назначението на тези системи е да определят текущите координати на подвижен обект, скоростта на движение и пространствената му ориентация. Тази навигационна информация е необходимо непрекъснато да се визуализира в кабината и подава като електрически сигнали в системите за автоматично управление, насочване и прицелване. Инерциалният метод за навигация има основно предимство. Чрез него се решава навигационната задача непрекъснато, без да са необходими външни ориентири и без да се използват демаскиращи радиосигнали. Използва се гравитационното поле на Земята и ориентацията на обекта се определя относно нейната ос на въртене. Тази пълна автономност и независимост в работата на инерциалните навигационни системи се заплаща с нарастващи във времето грешки в изходната информация. Налага се използване на прецизни, високотехнологични жироскопи и усложнени алгоритми. В резултат се постигат изходни грешки, сравними с тези на глобалните радионавигационни системи.
Този учебник е предназначен за курсанти по специалността "Авиационни електроприборни и автоматични системи", изучаващи дисциплината "Авиационни прибори и навигационни системи". Напълно съответства на определени теми от учебната програма. Не покрива цялата програма, доколкото авиационните прибори по предназначение и физичен принцип са твърде различни. Някои от разгледаните въпроси за теорията и принципа на работа на инерциалните системи са полезни и за дипломанти по други авиационни специалности.
Литературата, посветена на жироскопи е многочислена и разнообразна. На руски и английски език има публикувани много и различни учебници и монографии. Голяма част от тях са предназначени за специалисти, разработващи жироскопични прибори и системи. Други в различна степен обхващат многообразието от подобни технически устройства. Традиционно тази материя се счита за трудна, особено при самостоятелно изучаване. Практиката в обслужването на бойни пилотажно-навигационни комплекси е показала, че се изисква познаване на основните принципи в работата на техническите устройства. Теорията на ИНС непрекъснато се развива към включване на описание в математическа форма на грешки и работа на жироскопи, използващи различни физични принципи.
Целта на този учебник е в достъпна форма да се даде описание на механични и лазерни жироскопи, на жиростабилизирани платформи, както и на основите на инерциалната навигация. Едновременно с това е направено по-задълбочено изложение на теорията на механичните жироскопи и са изведени уточнени алгоритми за функциониране на реално експлоатирани инерциални системи.
Втората част в целта се постига чрез използване на уеднаквен математически апарат. Това е основно предимство в изложението. Има автори, които при обясняване на жироскопите използват едни координатни системи и ъглови параметри, а при инерциалните системи други. Това води до определена трудност в задълбоченото усвояване на материята. Разбира се, че при първоначално запознаване утежненият математически апарат затруднява. Но той е необходим, тогава когато трябва да се постигне пълноценно навлизане в алгоритмите на ИНС. В крайна сметка една такава техническа система включва освен първичните датчици и само един компютър.
Практически на всички основни резултати, получени аналитически е дадена физическа или геометрична интерпретация. Различните глави в учебника следва да се четат селективно. Ако всяка от първа, втора или трета глава има самостоятелно значение, то в останалите три е използван взаимно свързан математически апарат с последователно изложение.
Глава 1 представлява въведение в използвания векторно-матричен апарат за описание движението на твърдо тяло и има по-скоро справочен характер. В нея се въвеждат координатни системи, параметри и диференциални уравнения за тях, които могат да се усвояват при необходимост, проследявайки препратки от приложната теория на жироскопа или от теорията на инерциалните системи.
Глава 2 съдържа обяснение на понятията жироскоп и жироскопичен момент чрез кориолисови сили. Този подход е традиционен, но често пъти избягван. Тук е избран защото кориолисовите ускорения имат изключително важна роля в теорията на ИНС. Прецесионната и нутационна теория на жироскопа са изложени изцяло във матричен вид. Разгледани са принципите на работа, особености в конструкцията и теорията на жирофлекси, скоростни и интегриращи жироскопи. Математически е описана работата на дву и три рамково жироскопично окачване.
Глава 3 е посветена изцяло на принципа и особености в устройството на лазерни кръгови и влакнесто-оптични жироскопи.
В глава 4 се разглежда геометричната форма на Земята и свързаните с нея координатни системи, използвани въобще във въздушната навигация.
В глава 5 са изведени основните навигационни алгоритми за изчисляване на местоположение по известна скорост на движение. Те се използват не само в ИНС, но и в радионавигационни системи.
Глава 6 съдържа първоначално въвеждане в метода на инерциалната навигация и управление на несмущаема от ускорително движение на обекта жиростабилизирана платформа силов и индикаторен тип. Дадени са варианти на алгоритми за идеално функциониране на платформени и безплатформени ИНС. Изведена е обща схема за формиране на грешките в ИНС и е изследвана тяхната динамика.