陀螺罗经指北原理综述课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,总结：陀螺罗经的指北原理,陀螺仪,地球自转,阻尼力矩,稳定位置,控制力矩,总结：陀螺罗经的指北原理地球自转阻尼力矩稳定位置 控,（,2,）,进动性：,在外力矩,M,的作用下，陀螺仪主轴的动量矩,H,矢端以捷径趋向外力矩,M,矢端，作进动运动或旋进运动。（,HM,）,例：,1,1,P4 Fig1-4,2,基本特性：,（,1,）,定轴性：,在不受任何外力矩作用时,自由陀螺仪的主轴将保持它的空间的初始方向不变。（即惯性空间）,进动方向：,右手定则,二、陀螺仪及其特性,2基本特性：（1）定轴性：在不受任何外力矩作用时,自由陀螺,二、陀螺仪及其特性,二、陀螺仪及其特性,Z,0,S,E,N,（一）地球自转产生的影响,P,N,P,S,e,（,e,:,地球自转角速度,:,地理纬度）,2,=,e,sin,（垂直分量）,1,：在北纬使水平面,SENW,的东半平面不断下沉，西半平面不断上升。,以北纬,A,点为例,2,：在北纬使子午面,S Z,。,N,的,N,点不断向,W,移动。,e,分解为：,A,2,e,1,1,=,e,cos,（水平分量）,相同,南纬？,南纬,？,反之,Z0SEN（一）地球自转产生的影响PNPSe（e:地球,Z,W,N,S,E,2,、自由陀螺仪主轴指北端的视运动规律,（,1,）主轴指北端相对于子午面的视运动,以北纬某点为例,由于,2,的影响，人看到主轴指北端将不断向东运动。,v,2,=H,2,=,H,e,sin,2,-,2,V,2,南纬处呢？,赤道处呢？,0,ZWNSE2、自由陀螺仪主轴指北端的视运动规律（1）主轴指北,（,2,）主轴指北端相对于水平面的视运动,（以主轴指北端初始偏子午面东侧为例）,W,N,S,E,Z,1,V,1,由于,1y,，,主轴指北端一侧水平面不断下沉，则人看到主轴指北端将上升。,v,1,=H,1,y,=H,1,sin H,1,Z,X,Y,1y,若指北端初始偏西呢？,H,1x,0,（2）主轴指北端相对于水平面的视运动（以主轴指北端初始偏子午,（,3,）自由陀螺仪主轴指北端的视运动规律总结：,北纬东偏,南纬西偏,全球一样,东升西降,（3）自由陀螺仪主轴指北端的视运动规律总结：北纬东偏南纬西偏,M,M,H,(E),H,(W),N,东,南,西,北,子午面,水平面,1,）主轴指北端投影图：,P,P(,),M,M,E,W,N,投影面,退出,(,下重式罗经为例,),V,2,V,2,V,2,V,2,V,1,V,1,V,1,V,1,MMHHN东南西北子午面水平面1）主轴指北端投影图：,问题：如何克服,2,的影响？,设法人为产生一个,u,2,使其与,v,2,大小相等，方向相反。,利用陀螺仪的进动性，施加外力矩，产生,u,2,。,问题：力矩施加在哪个轴上？,只能加于水平轴（,oY,）上。,原则：必须人为施加水平轴控制力矩（,M,y,），产生一个,u,2,使其与,v,2,大小相等，方向相反，才能克服,2,影响。,Z,。,N,S,E,W,问题：如何实现？,Z,X,Y,V,2,U,2,问题：如何克服 2的影响？设法人为产生一个u2使其与v2大,（一）下重式罗经的控制力矩,1.,下重式罗经灵敏（指北）部分的结构：,G,重心,Z,X,陀螺球,陀螺转子,O,a,动量矩 指北,重心,G,下移,7-8mm,H,核心液浮、双转子陀螺球（,252mm,）,（一）下重式罗经的控制力矩1.下重式罗经灵敏（指北）部分的结,2.,重心下移后如何使主轴自动找北？,mg,西,东,X,Z,Z,0,O,G,H,1,地球自转,A,主轴初始水平指西,（,1,）,初始时刻,1,：,(,OY,轴负方向，即北向,）,（,2,）,由于的存在使主轴发生高度视运动，,即西降,则,O,G,H,X,Z,Z,0,mg,2,西,东,（,2,）,时刻,2,：,2.重心下移后如何使主轴自动找北？mg西东XZZ0OGH1地,动量矩 指南（,ox,轴负向）,（二）液体连通器罗经的控制力矩,1.,液体连通器罗经灵敏（指北）部分的结构：,南北两侧挂上一对金属容器及连通管构成，内盛硅油。,N,S,X,O,Z,动量矩 指南（ox轴负向）（二）液体连通器罗经的控,地球自转,B.,主轴指北端（,ox,正向）初始水平指西,结论：液体的流动能使主轴指北端自动找北,。,西,S,N,东,Z,X,水平面,mg,2,N,Z,0,Z,X,西,东,S,1,O,（,1,）,初始时刻：,（,2,）,由于的存在使主轴发生高度视运动，,多余液体,mg,产生控制力矩,:,(,OY,轴,正,方向，即南向,）,mg,（,2,）,时刻,2,：,地球自转B.主轴指北端（ox正向）初始水平指西结论：液体的流,下重式和液体连通器式产生控制力矩方法的异同点：,不同点：,总是指北,下重式：,液体连通器式：,总是指南,X,轴,正,方向,X,轴,负,方向,相同点：,重心下移,液体连通器某端容器多余液体,2,、按进动特性，主轴的 ，,主轴具有自动找北的性能。,产生方式,:,指向,:,H,指向,:,q,M,M,y,-,=,1,、都是依靠重力产生水平方向的控制力矩；,下重式和液体连通器式产生控制力矩方法的异同点：不同点：总是指,M,M,H,(E),H,(W),N,东,南,西,北,子午面,水平面,1,）主轴指北端投影图：,P,P(,),M,M,E,W,N,投影面,退出,(,下重式罗经为例,),V,2,V,2,V,2,V,2,V,1,V,1,u,2,u,2,V,1,V,1,u,2,u,2,MMHHN东南西北子午面水平面1）主轴指北端投影图：,2,）主轴指北端运动线速度,线速度,产生原因,公式,规,律,V,1,（,上升,/,下降）,V,2,u,2,(,偏东,/,偏西,),（控制线速度）,1,2,My,（控制,力矩）,V,1,=H,1,V,2,=H,2,u,2,=-M,东升西降,与,成正比,方向：,大小：,方向：,北纬东偏，南纬西偏,大小：,纬度一定，,V,2,不变,方向：,水平面之上，,u,2,偏西,水平面之下，,u,2,偏东,大小：,与,成正比,2）主轴指北端运动线速度线速度产生原因公式规 律V1,3,）主轴指北端在投影面上的运动轨迹,(P11 fig1-24),N,M,M,(E),(W),A,B,C,D,E,F,G,H,V,1,V,2,V,1,V,2,V,1,V,2,u,2,u,2,V,2,u,2,V,2,u,2,V,1,V,2,u,2,V,2,V,1,V,1,V,2,u,2,u,2,V,2,V,1,随方位角的增大而增大,V,2,大小方向不变,U,2,随高度角的增大而增大,其运动轨迹为一椭圆，分析如下,:(,北纬,N,),3）主轴指北端在投影面上的运动轨迹(P11 fig1-24),N,M,M,（,E,）,（,W,）,结论：下重式罗经在施加了控制力矩后，其主轴指北端运动轨迹为一等幅摆动的椭圆，并不能稳定在子午面上。,椭圆轨迹呈扁平状。,椭圆运动周期又称等幅摆动周期（,T,0,）。,4,）椭圆运动轨迹的特征：,液体连通器罗经的等幅运动分析同下重式罗经,NMM（E）（W）结论：下重式罗经在施加了控制力矩后，其主,C,稳定位置,(r),：,主轴在,r,点获得稳定的,物理意义,：,(,1),相对于水平面达到平衡：,(2),相对于子午面达到平衡：,C稳定位置(r)：主轴在r点获得稳定的物理意义,（二）摆式罗经的减幅摆动,获得减幅摆动的方法：,1),长轴阻尼法（水平轴阻尼法）,安许茨系列,特点：,u,3,总是指向子午面；,随着方位角的增大而增大；,表现为在方位角衰减的同时高度角也相应衰减；,但略增。,M,M,（,E,）,（,W,）,u,3,u,3,2,3,u,3,u,3,1,4,r,（二）摆式罗经的减幅摆动 获得减幅摆动的方法：但,2,短轴阻尼法（垂直轴阻尼法）,Sperry,和,Arma-Brown,系列,特点：,u,3,总是指向水平面；,随高度角的增大而增大；,表现为在高度角衰减的同时方位角也相应衰减；,即存在纬度误差。,u,3,u,3,M,M,（,E,）,（,W,）,u,3,u,3,r,1,4,2,3,2短轴阻尼法（垂直轴阻尼法）Sperry和Arma-,