Автопилот

Рейтинг пользователей: / 6
ХудшийЛучший 

Автопилот

 

Автопилот представляет собой совокупность нескольких устройств, совместная работа которых дает возможность автоматически, без участия человека, управлять движением самолета или ракеты. Создание автопилота составило важную эпоху в истории авиации, так как сделало воздушные полеты гораздо более безопасными. Что же касается ракетной техники, где все полеты осуществляются в беспилотном режиме, то без надежных автоматических систем управления эта техника вообще не могла бы развиваться. Главная идея автоматического пилотирования заключается в том, что автопилот строго поддерживает правильную ориентацию перемещающегося в пространстве аппарата. Благодаря этому аппарат, во-первых, удерживается в воздухе и не падает, а во-вторых, не сбивается с заданного курса, поскольку от правильной ориентации, прежде всего, и зависит траектория его полета. В свою очередь, ориентация аппарата в пространстве определяется тремя углами. Во-первых, это угол тангажа, то есть угол между продольной осью аппарата и плоскостью земли (или, как говорят, плоскостью горизонта). Отслеживание этого угла позволяет самолету сохранять продольную устойчивость - не «клевать носом», а ракете, совершающей полет по баллистической траектории - точнее поразить цель. Во-вторых, это угол рысканья, то есть угол между продольной осью аппарата и плоскостью полета (так мы назовем плоскость, перпендикулярную плоскости горизонта и проходящую через точку старта и точку цели). Угол рысканья указывает на отклонение аппарата от заданного курса. И, в-третьих, это углом крена, то есть угол, который возникает при повороте корпуса аппарата вокруг его продольной оси. Своевременное исправление крена позволяет самолету сохранять поперечную устойчивость и гасит беспорядочное вращение ракеты. Автоматическое управление аппаратом было бы невозможно, если бы не существовало надежного и простого способа определения этих углов. К счастью, такой способ есть, и он основан на свойстве быстро вращающегося гироскопа сохранять неизменным в пространстве положение своей оси.

Простейшим гироскопом является детский волчок, быстро вращающийся вокруг своей оси. Попробуйте повалить его щелчком, и вы увидите, что это невозможно - волчок лишь отскочит в сторону и будет продолжать вращение.

Однако ось ОА волчка не имеет постоянной ориентации, поскольку ее конец А не закреплен. Гироскопы, применяемые в технике, имеют намного более сложное устройство: ротор (собственно волчок) закрепляется здесь в рамках (кольцах) 1 и 2 так называемого карданова подвеса, что дает возможность оси АВ занять любое положение в пространстве.

Такой гироскоп может совершать три независимых поворота вокруг осей АВ, DE и GK, пересекающихся в центре подвеса О, который остается неподвижным относительно основания.

Главное свойство быстро вращающегося гироскопа, как уже было сказано, состоит в том, что его ось стремится устойчиво сохранять в мировом пространстве приданное ей первоначальное направление. Например, если эта ось была изначально направлена на какую-то звезду, то при любых перемещениях самого прибора и случайных толчках она будет продолжать указывать на эту звезду даже тогда, когда ее ориентация относительно земных осей изменится. Впервые это свойство использовал в 1852 году французский физик Фуко для экспериментального доказательства вращения Земли вокруг ее оси. Отсюда и само название «гироскоп», что в переводе с греческого означает «наблюдать вращение».

Второе важное свойство гироскопа обнаруживается, когда на его ось (или рамку) начинает действовать какая-то внешняя сила, стремящаяся повернуть ее относительно центра подвеса.

Например, если сила Р будет действовать на конец оси АВ, то гироскоп, вместо того чтобы отклониться в сторону действия силы (как это было бы в том случае, если бы ротор не вращался), будет наклоняться в направлении, строго перпендикулярном действию силы, то есть (в нашем случае) начнет вращаться вокруг оси DE, причем с постоянной скоростью. Это вращение называется прецессией гироскопа, и оно будет тем медленнее, чем быстрее вращается вокруг оси АВ сам гироскоп. Если в какой-то момент действие внешней силы прекращается, то одновременно прекращается и прецессия, и ось АВ мгновенно останавливается.

Прецессию можно наблюдать и у такого простого гироскопа, каким является детский волчок, у которого роль центра подвеса играет точка опоры. Если волчок раскрутить таким образом, что ось его будет не перпендикулярна полу, а наклонена к нему под каким-то углом, то можно увидеть, что ось такого волчка отклоняется не в сторону действия силы тяжести (т.e. вниз), а в перпендикулярном направлении, то есть ось начинает вращаться вокруг перпендикуляра к полу, опущенного в точку опоры.

На этих двух свойствах гироскопа основано несколько приборов, использующихся в автопилоте. В 70-е годах XIX века гироскопы начали применять в военном деле в автоматах курса морских торпед. В момент пуска торпеды ротор установленного на ней гироскопа раскручивался до скорости в несколько тысяч оборотов в минуту. После этого его ось была все время направлена на цель.

К оси гироскопа прикреплялся эксцентрик - диск, центр которого был сдвинут от оси вертикального кольца автомата. Эксцентрик упирался в шток золотника: когда торпеда шла точно на цель, поршеньки золотника закрывали отверстия трубопроводов 1 и 2, и поршень рулевой машины оставался неподвижным. Если же торпеда по какой-то причине отклонялась от курса, то эксцентрик, связанный с гироскопом, оставался неподвижен, а шток золотника под действием пружины соскальзывал влево или вправо и открывал отверстие, через которое сжатый воздух по трубопроводу 1 или 2 поступал в рулевую машину. Под действием сжатого воздуха поршень рулевой машины приходил в движение и перекладывал руль, так что торпеда возвращалась на правильный курс.

Затем гироскопы нашли широкое применение в авиации. В главе, посвященной аэроплану, уже говорилось о том, какой важной проблемой для первых авиаторов было сохранение в полете правильной ориентации самолетов.

Многие конструкторы думали тогда над созданием автоматических стабилизаторов. В 1911 году американский летчик Сперри разработал первый автоматический стабилизатор с массивным гироскопом. Впервые самолет с таким стабилизатором поднялся в воздух в 1914 году. А в начале 20-х годов фирма Сперри создала уже настоящий автопилот. Первые автопилоты управляли только рулями и следили за сохранением заданного режима полета. Дальнейшее их развитие привело к появлению систем, автоматизирующих управление как рулями, так и двигателями летательного аппарата. Подобные автопилоты уже допускали полеты без экипажа и управление летательным аппаратом на расстоянии. Они нашли применение в первых ракетах.

Раньше других с проблемой автоматического управления ракетой столкнулись немецкие конструкторы - создатели первой в истории баллистической ракеты «Фау-2». (Подробнее об этой ракете будет говориться в следующей главе.) Автомат стабилизации «Фау-2» состоял из гироскопических приборов «Горизонт» и «Вертикант». «Горизонт» позволял определить плоскость горизонта и угол наклона (угол тангажа) ракеты относительно этой плоскости.

Ротор 1 гироскопа был в то же время якорем асинхронного электродвигателя, обмотка 2 которого питалась переменным током. Перед стартом ракеты «Горизонт» располагали таким образом, чтобы ось вращения ротора была параллельна линии горизонта. Для этой цели в состав системы управления входил маятник (отвес) 5, фиксировавший отклонение оси гироскопа. Если эта ось отклонялась вверх или вниз от горизонтального направления, маятник также отклонялся в сторону и замыкал контакт с одной или с другой стороны. При этом на электромагнит 6 поступал сигнал той или иной полярности. Электромагнит начинал действовать на ось гироскопа вдоль оси игрек вверх или вниз от центра вращения. Вследствие этого возникала прецессия, разворачивающая гироскоп перпендикулярно отклоняющей силе. Прецессия продолжалась до тех пор, пока ось ротора не возвращалась в горизонтальное положение. Как только это происходило, контакт маятника 5 размыкался, и процессия мгновенно прекращалась. Перед стартом корректирующее устройство отключалось.

Отклонение ракеты от заданного угла тангажа фиксировалось с помощью потенциометра - простого по своему устройству датчика с переменным сопротивлением. Он представлял собой кольцеобразный каркас, на который наматывалась проволока. По этому каркасу скользила щетка-контакт. Если щетка находилась в начале каркаса, в цепь включалось меньшее число витков проволоки, соответственно сопротивление потенциометра при этом было меньше и напряжение на выходе тоже оказывалось незначительным (как известно, падение напряжения U определяется законом Ома: U=l(R, где I - сила тока, R - сопротивление). Если щетка передвигалась в конец каркаса, сопротивление потенциометра возрастало, и, следовательно, увеличивалось напряжение на выходе. Щетка была связана с чувствительным устройством, которое отмечало малейшие изменения напряжения.

Если во время полета угол между продольной осью аппарата и плоскостью горизонта по каким-то причинам начинал отклоняться от заданного, то потенциометр 8, связанный с корпусом аппарата, поворачивался вместе с ним относительно неподвижного в пространстве гироскопа и соединенной с ним контактной щетки. При этом на выходе потенциометра появлялся электрический сигнал, пропорциональный по величине углу отклонения. Этот сигнал усиливался и поступал на горизонтальные рули рулевой машины, которые выравнивали ракету. Такое простое устройство, впрочем, могло эффективно работать только при сравнительно незначительном времени полета. Во время длительного полета следовало учитывать вращение Земли, поэтому в этом случае в направление оси гироскопа приходилось вносить коррекцию.

«Горизонт» позволял не только сохранять, но и изменять угол тангажа в соответствии с заданной программой. Из описанной схемы видно, что если в установленный момент потенциометр 8 повернуть на какой-то заданный угол, то рули сработают так, словно на тот же угол отклонился сам аппарат. Следовательно, поворачивая потенциометр, можно вызвать поворот ракеты. «Горизонт» включал в себя очень простой программный механизм, состоящий из металлической ленты 10, эксцентрика 11, шагового мотора 12 и храпового колеса 13. Эксцентрик имел профиль поверхности, соответствующий заданной программе. Шаговый мотор приводил его в движение через червячную передачу (шаговый мотор представлял собой электромагнит с якорем; когда на электромагнит подавался импульс, якорь притягивался к магниту и своим ребром сдвигал храповое колесо на один зуб). Таким образом, скорость вращения храпового колеса зависела от частоты импульсов, подаваемых на электромагнит. Стопор 14 представлял собой защелку, не допускавшую поворот храпового колеса в обратном направлении.

Перед стартом ракеты ось ротора гироскопа располагалась перпендикулярно к намеченной плоскости полета, поэтому гироскоп оказывался нечувствителен к эволюциям ракеты по тангажу, но реагировал на повороты по крену и курсу. Коррекция гироскопа была такой же, как у «Горизонта», и осуществлялась до старта с помощью маятника 3 и электромагнита 4. После взлета потенциометр 5 реагировал на рысканье ракеты и передавал сигналы на рули. Так как ось, направленная на цель, совпадала с продольной осью ракеты, то при возникновении крена потенциометр 7 в полете перемещался относительно неподвижного движка (щетки), связанной с гироскопом. Сигнал передавался на рули, которые исправляли крен.





Понравилась статья? Расскажи друзьям!


Комментарии  

 
0 #367 Direct Lenders 11.02.2018 08:17
online payday loans no credit check payday loans online payday advance online online payday loans no credit check
Цитировать
 
 
0 #366 Cash Loan 11.02.2018 04:04
small loans small loans small loans small loans
Цитировать
 
 
0 #365 accurate automotive 10.02.2018 01:28
auto insurance quote car insurance quote online ontario car insurance car insurance online quote
Цитировать
 
 
0 #364 car insurance cheap 07.02.2018 23:11
insurance quotes auto auto insurance quotes car insurance quotes arizona auto insurance quotes
Цитировать
 
 
0 #363 Jamesnof 07.02.2018 17:45
no credit check payday loan the best online payday loans small online payday loans advance payday loans online best payday loan online online payday loan instant approval loans online instant approval online payday loan instant approval direct lender loans direct payday loan lenders payday loans online direct lender payday loan direct lender
Цитировать
 
 
0 #362 Payday Loan Online 07.02.2018 13:50
online installment loans loanme instant approval bad credit loans installment loans no credit
Цитировать
 
 
0 #361 Buy An Essay 07.02.2018 05:40
help me write my life story write my paper write my paper write my paper
Цитировать
 
 
0 #360 A Payday Loan 05.02.2018 21:34
unsecured personal loans personal loans online cheap personal loans personal loans unsecured
Цитировать
 
 
0 #359 auto ins 05.02.2018 06:10
best auto insurance best car insurance quotes best car insurance companies best car insurance
Цитировать
 
 
0 #358 Loan Cash 04.02.2018 20:04
fast cash advance payday advance guaranteed payday loans no credit check payday advances
Цитировать
 
 
0 #357 Jamesnof 04.02.2018 13:11
easy payday loans online easy online payday loans small online payday loans same day loan college essay prompts spss assignment help research paper online homework systems online payday loan application online payday loan application online payday loan application best pay day loans essay writing writing services argumentative essay essay helper cfnm show wife on webcam adultchat free sex webcam free bbw webcams free xxx webcams free xxx webcams free sexy webcams fast online payday loans fast payday loans easy fast payday loans best cash loan same day payday loans online direct lenders online loans easy online payday loans same day payday loans online direct loan lenders loans online instant approval easy payday loans online same day loan
Цитировать
 
 
0 #356 Homework Assignments 03.02.2018 09:45
paper writing services cheap essay writing service cheap essay writing service essay paper writing service
Цитировать
 
 
0 #355 e insurance auto 29.01.2018 21:28
auto insurance quotes auto insurance quotes free auto insurance quotes best auto insurance companies 2018
Цитировать
 
 
0 #354 Jamesnof 29.01.2018 15:46
writing my essay essay writing i have to do my homework writing my essay wife webcam wife on webcam wife webcam webcam slut speedycash the best online payday loans the best online payday loans fast online payday loans sex chat sex chat cams free sex chat chat sex cash advance loan pay day lenders payday loan lenders instant loans online
Цитировать
 
 
0 #353 Buy An Essay Online 28.01.2018 21:11
essay writer essay editor essay editor https://essaywriter.us.com - essay writer
Цитировать
 
 
0 #352 motorcycle insurance 28.01.2018 06:46
classic car insurance companies free auto insurance quotes auto insurance quotes usaa car insurance
Цитировать
 
 
0 #351 Jamesnof 28.01.2018 01:42
essay writing service essay writing essay writing dissertation writing best essay writing service essay writing websites writing my essay for me essay writing service no credit check payday loans instant approval payday loan direct lender fast cash loans with no credit check speedy cash payday loans online fast payday loans easy online payday loans easy online payday loans easy online payday loans free porn cams chat porn free cam sex chat live porn webcam
Цитировать
 
 
0 #350 Payday Express 27.01.2018 21:27
the loan depot loans online loans online loans online direct
Цитировать
 
 
0 #349 Jamesnof 27.01.2018 00:44
bad credit payday loans online payday loans no credit check bad credit payday loans direct lenders payday loans bad credit easy payday loans online easy payday loans online payday cash loan easy payday loans online online payday loan application online payday loan application faxless payday loans online payday loan application web cam porno free sex chat best webcams chat rooms geology homework help research report helping homework pay for dissertation fastest payday loan internet payday loans advance payday loans payday advance loans payday lenders direct payday lenders direct payday loans direct lenders only direct lenders payday loans essay helper critical essay critical essay best dissertation writing service uk online payday loans direct lenders online payday loans direct lenders online lenders direct payday lenders online argument essay writing your college essay college application essay argument essay
Цитировать
 
 
0 #348 Online Lenders 26.01.2018 23:38
payday loans no credit check payday loans online no credit check debt consolidation loans for fair credit payday loans rock hill sc
Цитировать
 
 
0 #347 Janenof 26.01.2018 03:56
advance cash payday loan payday loans online payday loans payday loans
Цитировать
 
 
0 #346 Jamesnof 26.01.2018 02:19
cash advance lenders payday loan lenders payday advance online advance payday loans guaranteed payday loans guaranteed payday loans advance payday loans internet payday loans best essay writing service scientist research paper best essay writing service paper writing
Цитировать
 
 
0 #345 Money Loan 25.01.2018 15:12
cash loan lenders personal loan no credit check loans no credit check loans no credit check
Цитировать
 
 
0 #344 Speedy Cash 25.01.2018 14:01
unsecured loans for bad credit fax payday loan bad credit loans private lenders
Цитировать
 
 
0 #343 Essay Writer Review 25.01.2018 12:19
writing an argumentative essay argument essay essay writing styles write an argumentative essay
Цитировать
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Животный мир

Самые читаемые

Самые популярные

   Copyright © 2012. Онлайн Энциклопедия. Администрация сайта не претендует на авторство опубликованных статей.
megaznanie@gmail.com