Назначение, принцип действия компасов, использующих магнитное поле Земли.

Виды курсов, измеряемые на воздушных судах, способы их измерения.

Классификация компасов по принципу действия.

  Определение курса осуществляется магнитным, индукцион­ным, астрономическим, гироскопическим и радиотехническим методами.

   Магнитный метод измерения курса основан на опреде­лении направления магнитного поля Земли. Для измерения кур­са магнитным методом применяются магнитные компасы, обладающие простотой устройства и надежностью.

   Большие недостатки магнитного метода способствовали по­явлению других методов измерения курса, в частности, индукционного метода. В этом методе также используются свой­ства магнитного поля Земли, однако напряженность поля воз­действует не на магнитную стрелку, а на магнитное сопротив­ление индукционного элемента питаемого, переменным током.

    Астрономический метод основан на пеленгации не­бесных светил (Солнца, Луны, звезд) и определении по этим данным курса летательного аппарата. При видимости небесных светил астрономические компасы дают точные и надежные по­казания в любой точке земного шара.

     Большое значение в авиации имеет гироскопический метод определения курса, основанный на использовании по­зиционных гироскопов. Этот метод в сочетании с другими методами является одним из основных.

      Радиотехнический метод измерения курса основав на измерении углов между направлением на радиостанцию и продольной осью летательного аппарата.

 

Назначение, принцип действия компасов, использующих магнитное поле Земли.

  В 1600 году английский физик Гильберт, обобщив все сведения о земном магнетизме, пришел к выводу, что земной шар представляет собой естественный магнит, имеющий два полюса: северный магнитный полюс и южный магнитный полюс.

  Предполагается, что магнитное поле Земли вызвано конвективным перемещением в ядре планеты расплавленных металлических масс. Если эти массы имеют электрический заряд, то их движение представляет собой электрический ток, который, в соответствии с законами физики, и вызывает магнитное поле.

  Магнитные силовые линии выходят и входят в поверхность Земли в точках, называемых геомагнитными полюсами. Северным магнитным полюсом называют полюс, который взаимодействует с севером постоянного магнита. Северный магнитный полюс не совпадает с географическим магнитным полюсом. Северный магнитный полюс находится в районе Гудзонова залива.

 

 

Из закона взаимодействия магнитных полюсов установлено, что северный магнитный полюс Земли обладает южным магнетизмом, и наоборот, южный магнитный полюс Земли обладает северным магнетизмом.

Принято считать, что магнитные силовые линии земного шара выходят из полюса, обладающего северным магнетизмом, и входят в полюс, обладающий южным магнетизмом, образуя вокруг Земли магнитное поле.

Структура магнитного поля Земли является сложной. В первом приближении можно считать, что внутри планеты находится огромный магнит (диполь), ось которого наклонена к оси вращения Земли под углом примерно 11,5°. Этот условный диполь и создает примерно 70% магнитного поля. Однако региональные и местные магнитные аномалии вызывают искривление силовых линий в разных местах планеты. В любой точке пространства магнитное поле можно характеризовать вектором его напряженности Т. Этот вектор направлен по касательной к магнитной силовой линии в данной точке.

   Состояние магнитного поля Земли характеризуется тремя основными параметрами: напряженностью, склонением и наклонением.

   В любой точке Земли напряженность магнитного поля Т можно разложить на горизонтальную Н и вертикальную Z составляющие. Последние определяются по формулам:  Н = Т cosΘ, Z = Т sinΘ.

Магнитное поле Земли: а – разложение полной силы земного магнетизма; б – магнитное склонение

   Напряженность Т на магнитном экваторе наименьшая, а на магнитных полюсах наибольшая. Вертикальная составляющая Z равна 0 на магнитном экваторе и максимальной величине на магнитных полюсах. Горизонтальная составляющая Н является той силой, которая устанавливает магнитную стрелку в направлении магнитных силовых линий. На магнитном экваторе эта сила наибольшая, а на магнитных

полюсах она равна нулю. Поэтому в полярных районах магнитные компасы работают неустойчиво, что ограничивает, а порой и исключает их применение.

   Магнитным наклонением Θ называется угол, на который магнитная стрелка наклоняется относительно плоскости горизонта. На магнитном экваторе наклонение равно 0, а на магнитных полюсах 90°. Для устранения наклона магнитной стрелки в авиационных компасах в Северном полушарий утяжеляют южный конец стрелки, а в Южном — северный или смещают точку подвески магнитной стрелки.

   Вследствие того, что магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими, магнитная стрелка устанавливается не по истинному, а по магнитному меридиану. Магнитным меридианомназывается линия, вдоль которой устанавливается свободно подвешенная магнитная стрелка под действием земного магнетизма. Угол, заключенный между северным направлением истинного (географического) меридиана и северным направлением магнитного меридиана, называется магнитным склонением Δм. Они измеряется от 0 до±180° и отсчитывается от истинного меридиана к магнитному к востоку (вправо) со знаком плюс, к западу (влево) со знаком минус. Магнитное склонение для различных пунктов Земли неодинаковое по величине и знаку; оно всегда определяется и учитывается экипажем самолета при подготовке и выполнении полета.

    Распределение элементов магнитного поля Земли принято представлять в виде магнитных карт: горизонтальной и вертикальной составляющих магнитного поля Земли, а также карт магнитного склонения. В аэронавигации магнитное склонение имеет большое значение. Без учета величины магнитного склонения невозможно обеспечить необходимую точность полета по заданному курсу.На мировой карте магнитных склонений указаны величина и знак склонения. Кривые линии, соединяющие точки на земной поверхности с одинаковым магнитным склонением, называются изогонами. Изогоны наносятся также на полетные и бортовые карты.

  Магнитное поле Земли также подвержено нерегулярным и подчас сильным изменениям, вызванным главным образом воздействием Солнца. Все элементы земного магнетизма изменяются с течением времени. Магнитное склонение имеет вековые, годовые, суточные и эпизодические изменения.

Суточные и годовые изменения достигают в среднем 4-10', вековые 6—15°. Карта магнитного склонения составляется с учетом годовых изменений относительно среднего значения определенного отрезка времени в пять-шесть лет, называемого эпохой магнитной карты. Это избавляет от необходимости каждый раз учитывать годовые изменения магнитного склонения.

  Эпизодические или внезапные изменения магнитного склонения носят временный характер с продолжительностью от нескольких часов до нескольких суток. Эти явления называют магнитными бурями. Они вызываются солнечной активностью и чаще наблюдаются в полярных районах. Во время магнитных бурь магнитное склонение может непредсказуемо меняться на единицы и даже десятки градусов, что делает невозможным применение магнитных компасов.

  Кроме изогон, на полетных и бортовых картах указываются магнитные аномалии — районы с резкими и значительными изменениями всехэлементов земного магнетизма.Наличие магнитных аномалий связано с залежами магнитных руд внедрах Земли. Наиболее мощными аномалиями являются Курская,Криворожская, Магнитогорская, Сарбайская и др. В районах аномалий естьточки, где магнитное склонение доходит до ±180°. Аномалия влияет наработу магнитного компаса до высоты 1500-2000м, а в районе Курскоймагнитной аномалии отмечаются случаи ее воздействия на компас навысотах более 2000 м.

                                             Магнитные компасы.

   В отечественной авиации в качестве такого простейшего компаса используется компас недистанционный магнитный компас КИ-13 (Ан-2, Ан-24).

   Магнитный компас КИ-13 является резервным автономным измерителем и указателем компасного курса и устанавливается на всех типах самолетов и вертолетов. Пользуясь прилагаемым к данному компасу графиком девиации, производят расчеты по определению магнитного и истинного курсов для целей навигации, а в некоторых случаях и для управления самолетом.

   КИ-13 состоит из герметичного корпуса с прозрачным окошком. В окошке – шкала курсов и курсовая нить, служащая для отсчета курса.Чувствительным элементом компаса является расположенная внутри корпуса так называемая картушкав форме усеченного конуса, по окружности которой нанесена шкала курсов.  На картушке закреплен поплавок и два намагниченных стержня. Закрепленной в центре картушки шпилькой она опирается на подпятник, установленный на дне корпуса.

                                      

     Принцип действия КИ-13 похож на принцип действия обычного туристского компаса, в котором чувствительным элементом является намагниченная стрелка, подвешенная на острие иглы и ориентирующаяся по направлению магнитного меридиана. Здесь роль стрелки играет картушка. Благодаря ее намагниченным стержням она должна быть все время ориентирована по направлению магнитного меридиана. Самолет вместе с корпусом прибора разворачивается, а картушка остается в прежнем положении, поэтому в окошке корпуса напротив курсовой нити меняются деления шкалы, по которой и отсчитывается курс.

    Существенными недостатками КИ-13 являются значительные погрешности:

-  погрешность от магнитного склонения,

-  погрешность  от магнитной девиации,

-  погрешность от наклона самолета относительно плоскости картушки, когда изменяется положение ферромагнитных масс (самолетного магнетизма) относительно магнитной системы компаса (доп. крен +/- 17°),

- погрешность от наклонов картушки относительно плоскости горизонта, когда вертикальная составляющая напряженности магнитного поля Земли, проектируясь на плоскость вращения картушки, дает составляющую, уводящую магнитную систему от направления на север,

-  инструментальные погрешности.

     

КИ-13, как правило, устанавливается перед лобовым стеклом кабины экипажа. Основными достоинствами компаса являются:

 - простота устройства и, следовательно, высокая надежность;

 - отсутствие необходимости в электрическом питании для его работы (однако, компас может быть снабжен электрической подсветкой для использования в темное время суток).

Но компас имеет и немало недостатков:

 - низкая точность даже в прямолинейном горизонтальном полете;

 -большие погрешности при разворотах самолета (креновая и ускорительная девиации);

 - невозможность сразу отсчитать курс после завершения разворота из- за колебательных движений картушки вследствие увлечения ее движущейся по инерции жидкостью;

 - неустойчивая работа в полярных районах, где мала горизонтальная составляющая магнитного поля Земли (это относится ко всем видам магнитных компасов).

                                       Индукционные компасы (датчики курса).

       Индукционный компас, так же, как и магнитный, реагирует на магнитное поле Земли. В отличие от магнитного компаса чувствительный элемент индукционного компаса не имеет подвижных частей и поэтому свободен от погрешностей, связанных с влиянием сил трения, небаланса и увлечения.            В основу работы положено свойство чувствительного элемента индукционного датчика изменять по определенному закону выдаваемые им электрические сигналы в зависимости от изменения положения индукционного датчика в магнитном поле Земли.

     Чувствительным элементом компаса 1 (датчиком угла поворота) является рамка из трех пар пермаллоевых стержней в форме равностороннего треугольника. На каждый стержень намотаны намагничивающие обмотки, содиненные последовательно.  

     Сигнальные обмотки охватывают оба стержня соединены в треугольник и связаны тремя проводами со статорными обмотками 2 сельсина-приемника (сельсины позволяют осуществить согласованное вращение или поворот механизмов без общего механического вала).

                              

 

                       

               

 

                                        Принципиальная схема индукционного компаса:

1-чувствительный элемент;  2-статор сельсина;  3-ротор сельсина;  4-усилитель;  5-двигатель.

 

Принцип работы чувствительного элемента индукционного датчика заключается в следующем:

при повороте датчика на угол α относительно магнитного меридиана магнитное поле Земли создает в пермаллоевых стержнях чувствительного элемента магнитный поток. Постоянный магнитный поток в сердечниках изменяет магнитную проницаемость пермаллоевых сердечников и постоянный магнитный поток преобразуется в пульсирующий, в результате чего по закону электромагнитной индукции в сигнальных обмотках индуктируется (наводится) переменная ЭДС, пропорцинальная углу α. Величина ЭДС, наводимой в сигнальных обмотках, зависит от положения чувствительного элемента: если ось сердечника совпадает с магнитным меридианом, то ЭДС будет максимальной; если же ось перпендикулярна к меридиану, то ЭДС будет равна нулю.

     Зависимость ЭДС от положения чувствительного элемента относительно плоскости магнитного меридиана Земли и используется в компасе для определения курса.

Вставка

     Из погрешностей ИД следует выделить динамические и девиационные.

     К динамическим относится поворотная погрешность. Платформа с зондами подвешена в кардановом подвесе, она на виражах отклоняется от плоскости горизонта, что и является причиной возникновения поворотной погрешности. Погрешность типа поворотной появляется не только на виражах, но и при продольных ускорениях. При этом платформа, как физический маятник, начинает колебаться и выдавать знакопеременный сигнал в курсовую систему. В прямолинейном полете даже в неспокойной атмосфере использование ИД возможно. Хуже обстоит дело на виражах, при которых поворотная погрешность может достигать таких размеров, что пользоваться ИД нельзя. Средств борьбы с этой погрешностью нет, на время виража ИД отключается с помощью специальных гироскопических выключателей коррекции ВК-53РШ или ВК-90М.

 

         

         

 

 

 

Основы теории девиации

Нормальная статическая девиация. Девиация, которая имеет место на горизонтально расположенном неподвижном самолете, называется нормальной статической девиацией. На каждом курсе для каждого экземпляра компаса она имеет вполне определенную величину, но включает в себя нескольких составляющих, характер которых проявляется по-разному в зависимости от вызывающих ее причин.

Различные источники на борту, вызывающие магнитное поле самолета, условно называют «железом», независимо от того, действительно ли они являются металлическими предметами или представляют собой электрические  цепи,  по  которым  протекает  ток.  «Железо»  делится  на

«твердое» и «мягкое». Твердость и мягкость определяется с точки зрения магнитных свойств, а не физической твердости, прочности.

К «твердому железу» относят такие металлические массы (например, сталь, легированная кобальтом или вольфрамом), которые трудно намагнитить, но которые, будучи намагниченными, сохраняют свою намагниченность. Вектор напряженности поля, создаваемого «твердым железом»,  поворачивается  вместе  с  ВС  при  его  развороте.  Примером

«твердого железа» является обычный магнит.

Обозначим через F вектор напряженности магнитного поля, создаваемого «твердым железом» на борту. Для простоты будем считать, что этот вектор оказался направлен вдоль продольной оси ВС. Этот вектор, складываясь с вектором напряженности магнитного поля Земли H, образует результирующий вектор R (рис. 5.9, а), и будет иметь место некоторая девиация Δ К (угол между H и R).

Если же ВС развернется на другой курс, то вместе с ним повернется и вектор напряженности «твердого железа» F, который будет по-прежнему направлен по оси самолета. Но теперь, складываясь с вектором H, он образует уже другой вектор R, отличающийся как по величине, так и, самое главное, по направлению (рис. 5.9, б). Девиация Δ К будет иметь уже другую величину и даже может изменить знак!

 

 

Рис. 5.9. Изменение девиации, вызванной «твердым» железом

 

Нетрудно убедиться, что при развороте ВС на 360° величина девиации Δ К будет изменяться по синусоиде (рис. 5.10). При этом Δ К дважды примет нулевое значение, как бы через каждый полукруг. Поэтому девиацию, вызываемую «твердым железом», называют полукруговой девиацией.

 

Рис. 5.10. График полукруговой девиации

 

Изменение полукруговой девиации в зависимости от курса является следствием того, что при развороте самолета меняется северное направление компасного меридиана (направление результирующего вектора R). Таким образом, «компасный» меридиан это не какое-то фиксированное направление в пространстве или тем более линия на земной поверхности. Это условное понятие, введенное для удобства и единообразия в терминологии: истинный курс отсчитывается от истинного меридиана, магнитный – от магнитного меридиана, а компасный, следовательно, – от компасного. В зависимости от конкретного компаса и курса самолета направление компасного меридиана в одной и той же точке пространства различно. А если в этой точке нет компаса, то компасного меридиана просто не существует.

Можно  заметить,  что  и  магнитный  меридиан  не  существует  как

таковой, то есть как некоторая линия. По крайней мере, в навигации речь всегда идет не о самом меридиане как линии, а только о направлении магнитного меридиана в какой-либо точке, от которого отсчитываются курс, пеленг и другие углы.

Величина полукруговой девиации зависит не только от курса, но и от величины горизонтальной составляющей магнитного поля Земли H. Следовательно, величина девиации одного и того же компаса на одном и том же курсе в разных местах земного шара будет различаться из-за различия H (рис.5.11).

 

Рис. 5.11. Зависимость полукруговой девиации от напряженности магнитного поля Земли

 

Другая разновидность магнитных масс на самолете – так называемое

«мягкое железо». Оно собственной постоянной намагниченности не имеет, а намагничивается внешним полем. Примером «мягкого железа» является обычное железо. Рассмотрим железный гвоздь. Сам он не намагничен, но если подержать его возле постоянного магнита, то он намагнитится. Если его повернуть на 180°, то он намагнитится в противоположном направлении.

Степень намагниченности «мягкого железа» зависит от магнитных свойств самого материала, напряженности внешнего поля и расположения условного бруска «мягкого железа» по отношению к магнитным силовым линиям. Приближенно можно считать, что вектор напряженности поля, создаваемого «мягким железом», является проекцией вектора внешнего поля H на ось бруска (рис. 5.12).

Полученный таким образом вектор F складывается с H и образует результирующий вектор R, аналогично случаю с «твердым железом».

Но при развороте самолета, изменении его курса картина будет несколько другой. Теперь меняется не только взаимное положение F и H, но и величина вектора F (рис. 5.13). Ведь этот вектор является проекцией H на ось условного бруска «мягкого железа», расположенного на самолете.

 

 

Рис. 5.12. Намагниченность «мягкого железа»

 

 

Рис. 5.13. Изменение девиации, вызванной «мягким железом»

 

При развороте самолета на 360° девиация также будет меняться по синусоиде, но с вдвое большей частотой (рис. 5.14). Она четыре раза будет проходить через ноль, поэтому девиацию, вызываемую «мягким железом», называют четвертной девиацией.

Рис. 5.14. График четвертной девиации

В отличие от полукруговой девиации четвертная не зависит от величины вектора H. Ее изменение при перелете в другой район Земли приведет только к изменению величины вектора R, но не его направления (рис. 5.15), поскольку величина F также пропорционально изменится.

 

 

Рис. 5.15. Сохранение четвертной девиации при изменении напряженности поля Земли

 

При рассмотрении механизма полукруговой и четвертной  девиаций для наглядности нами предполагалось, что вектор напряженности собственного поля ВС F направлен по продольной оси ВС, поэтому нулевая девиация имеет место на курсе равном нулю (см. рис. 5.10 и 5.14). На самом деле вектор F может иметь на ВС любое направление. Это приведет к тому, что кривые на графиках будут смещены по оси абсцисс, и девиация будет равна нулю на таком курсе, при котором вектор F окажется направлен по магнитному меридиану.

Еще одной составляющей девиации является постоянная девиация, величина которой не зависит от курса. То есть, на любом курсе компас показывает курс больше или меньше фактического на одну и ту же величину. На самом деле такого рода погрешность (постоянная девиация) не обязательно вызвана именно «магнитными» причинами. Она может быть вызвана чисто инструментальными погрешностями компаса. Поскольку разделить погрешности, вызываемые магнитными и иными причинами, практически невозможно, постоянную погрешность относят к девиации. Чаще всего постоянная девиация вызвана тем, что чувствительный элемент компаса (индукционный датчик) не точно установлен по оси ВС.

Постоянная, четвертная и полукруговая девиации – это лишь составляющие  общей  нормальной  статической  девиации,   все  эти

составляющие проявляются одновременно. Их значения складываются для каждого значения курса и полученный таким образом график девиации может иметь сложный неправильный вид (рис. 5.16).

 

 

Рис. 5.16. Пример бортового графика девиации

 

Девиация магнитных компасов издавна имела большое значение еще для морской навигации. Связанные с ней проблемы даже нашли отражение в художественной литературе. Герои романа Жюля Верна «Пятнадцатилетний капитан» вместо Южной Америки приплыли в Африку из-за того, что под магнитный компас на корабле был подложен металлический топор, создавший огромную девиацию.

Действительно, на кораблях из-за наличия на них большого количества металлических масс, девиация может достигать десятков градусов, поэтому всегда принимаются меры по определению ее величины на разных курсах и, по-возможности, по ее устранению.

 

Сторонние силы

 

⇐ Предыдущая1 2

 

Электрическая цепь состоит из источника тока, потребителей электроэнергии, соединительных проводов и ключа, служащего для размыкания и замыкания цепи и других элементов (рис. 1).

Рис. 1

Рисунки, на которых изображены способы соединения электрических приборов в цепь, называются электрическими схемами. Приборы на схемах обозначаются условными знаками.

Как отмечалось, для поддержания в цепи электрического тока необходимо, чтобы на концах ее (рис. 2) существовала постоянная разность потенциалов φ _A - φ _B. Пусть в начальный момент времени φ _A > φ _B, тогда перенос положительного заряда q из точки А в точку В приведет к уменьшению разности потенциалов между ними. Для сохранения постоянной разности потенциалов необходимо перенести точно такой же заряд из B в A. Если в направлении А → В заряды движутся под действием сил электростатического поля, то в направлении В → А перемещение зарядов происходит против сил электростатического поля, т.е. под действием сил неэлектростатической природы, так называемых сторонних сил. Это условие выполняется в источнике тока, который поддерживает движение электрических зарядов. В большинстве источников тока движутся только электроны, в гальванических элементах — ионы обоих знаков.

Рис. 2

Источники электрического тока могут быть различны по своей конструкции, но в любом из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделение зарядов происходит под действием сторонних сил. Сторонние силы действуют лишь внутри источника тока и могут быть обусловлены химическими процессами (аккумуляторы, гальванические элементы), действием света (фотоэлементы), изменяющимися магнитными полями (генераторы) и т.д.

Любой источник тока характеризуют электродвижущей силой — ЭДС.

Электродвижущей силой ε источника тока называют физическую скалярную величину, равную работе сторонних сил по перемещению единич ного положительного заряда вдоль замкнутой цепи

Единицей электродвижущей силы в СИ является вольт (В).

ЭДС является энергетической характеристикой источника тока.

В источнике тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, световой, внутренней и т.п. энергии в электрическую. Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника тока (места, к которым с помощью клемм или зажимов подсоединяют потребители). Один полюс источника тока заряжается положительно, другой — отрицательно. Между полюсами источника тока создается электростатическое поле. Если полюса источника тока соединить проводником, то в такой электрической цепи возникает электрический ток. При этом характер поля меняется, оно перестает быть электростатическим.

 

 

Рис. 3

На рисунке 3 схематично в виде сферического проводника изображена отрицательная клемма источника тока и сечение присоединенного к ней конца металлического провода. Пунктиром показаны некоторые линии напряженности поля клеммы до внесения в него провода, а стрелками — силы, действующие на свободные электроны провода, находящиеся в точках, помеченных цифрами. Электроны в различных точках поперечного сечения провода под действием кулоновских сил поля клеммы приобретают движение не только вдоль оси провода. Например, электрон, находящийся в точке 1, оказывается вовлеченным в "токовое" движение. Но вблизи точек 2, 3, 4, 5 электроны имеют возможность скапливаться на поверхности провода. Причем поверхностное распределение электронов по длине провода не будет равномерным. Следовательно, подключение провода к клемме источника тока приведет к тому, что некоторые электроны начнут двигаться вдоль провода, а часть электронов будет скапливаться на поверхности. Неравномерное распределение электронов на его поверхности обеспечивает неэквипотенциальность этой поверхности, наличие составляющих напряженности электрического поля, направленных вдоль поверхности проводника. Это поле перераспределенных электронов самого проводника и обеспечивает упорядоченное движение других электронов. Если распределение электронов по поверхности проводника с течением времени не изменяется, то такое поле называют стационарным электрическим полем. Таким образом, главную роль в создании стационарного электрического поля играют заряды, находящиеся на полюсах источника тока. При замыкании электрической цепи взаимодействие именно этих зарядов со свободными зарядами проводника приводит к появлению на всей поверхности проводника нескомпенсированных поверхностных зарядов. Именно эти заряды создают стационарное электрическое поле внутри проводника по всей его длине. Это поле внутри проводника однородное, и линии напряженности направлены вдоль оси проводника (рис. 4). Процесс установления электрического поля вдоль проводника происходит со скоростью c ≈ 3·10⁸ м/с.

 

 

Рис. 4

Как и электростатическое поле, оно потенциально. Но между этими полями имеются существенные отличия:

1. электростатическое поле — поле неподвижных зарядов. Источником стационарного электрического поля являются движущиеся заряды, причем общее число зарядов и картина их распределения в данном пространстве с течением времени не изменяются;

2. электростатическое поле существует вне проводника. Напряженность электростатического поля всегда равна 0 внутри объема проводника, а в каждой точке внешней поверхности проводника направлена перпендикулярно к этой поверхности. Стационарное электрическое поле существует и вне и внутри проводника. Напряженность стационарного электрического поля не равна нулю внутри объема проводника, а на поверхности и внутри объема имеются составляющие напряженности, не перпендикулярные к поверхности проводника;

3. потенциалы разных точек проводника, по которому проходит постоянный ток, разные (поверхность и объем проводника не эквипотенциальны). Потенциалы всех точек поверхности проводника, находящегося в электростатическом поле, одинаковы (поверхность и объем проводника эквипотенциальны);

4. электростатическое поле не сопровождается появлением магнитного поля, а стационарное электрическое поле сопровождается его появлением и неразрывно с ним связано.

 

Сельсины: назначение, устройство, принцип действия

 

Сельсины представляют собой особый вид электрических машин переменного тока мощностью от нескольких ватт до нескольких сот ватт (менее киловатта). Служит сельсин для дистанционной передачи механического угла поворота электрическим путем между устройствами, не имеющими между собой механической связи. Всякий сельсин имеет статор и ротор, на которых расположены обмотки переменного тока. Существуют сельсины с однокатушечной обмоткой на статоре и трехкатушечной на роторе, и, наоборот, с трехкатушечной обмоткой на статоре и однокатушечной на роторе, и, наконец, с трехкатушечной обмоткой на статоре и с такой же обмоткой на роторе. По своему назначению в схемах авторегулирования сельсины делятся на: · сельсин-датчики, · сельсин-приемники · дифференциальные. Для уяснения работы сельсина рассмотрим рис. 1, а. Рис. 1. Схемы включения сельсинов: а - по системе датчик - приемник; б - сельсин-приемник в трансформаторном режиме; в - дифференциального Сельсин-датчик и сельсин-приемник своими однокатушечными обмотками статора подключены к одной и той же сети переменного тока, а трехкатушечные обмотки ротора соединены между собой. Если теперь повернуть ротор датчика на произвольный угол, то на такой же угол повернется ротор приемника. Если ротор датчика вращать непрерывно с произвольной скоростью, то с такой же скоростью будет вращаться и ротор приемника. Действие сельсинной связи основано на принципе электромагнитной индукции, заключающейся в следующем. Переменный ток однокатушечной обмотки статора индуктирует в трехкатушечной обмотке ротора токи, величины которых зависят от относительного расположения обмоток ротора и статора. Если роторы обоих сельсинов расположены одинаково по отношению к своим статорам, то токи в соединительных проводах роторов равны и противоположны между собой, и поэтому ток в каждой катушке равен нулю. Как следствие, равен нулю вращающий момент на валу одного и другого сельсинов. Если теперь вручную или иным способом повернуть ротор сельсин-датчика на определенный угол, то нарушится равновесие токов между роторами, и на валу сельсин-приемника возникнет вращающийся момент, благодаря чему его ротор будет поворачиваться до тех пор, пока не исчезнет неравновесие, токов, т. е. пока этот ротор не примет то же положение, что и сельсин-датчик. В системах авторегулирования нередко сельсин-приемник работает в трансформаторном режиме (рис. 1, б). В этом случае ротор приемника закрепляется неподвижно, а обмотка его статора отключается от сети. В этой обмотке индуктируется э. д. с. со стороны ротора, по обмоткам которого протекают токи, обусловливаемые положением ротора сельсин-датчика. Это означает, что величина э. д. с. на зажимах ротор приемника пропорциональна углу поворота датчика. В исходном положении роторы смещены на 90° относительно друг друга и в этом случае индуктируемая на роторе датчика э. д. с. равна нулю. Теперь при повороте ротора-датчика на роторе приемника будет индуктироваться э. д. с. Епр, пропорциональная углу рассогласования роторов Епр = Емакс х sinθ Дифференциальный сельсин применяется в тех случаях, когда нужно контролировать разность углов поворота двух осей, т. е. их рассогласование. В этом случае два сельсин-датчика находятся на двух валах, скорости которых сравниваются между собой. Трехкатушечными обмотками роторы этих сельсинов соединены с трехкатушечными обмотками статора и ротора третьего сельсина, являющегося дифференциальным (рис. 1, в). Угол поворота ротора дифференциального сельсина равен разности углов поворота сельсин-датчиков.

 

Понятие о гиро­скопе.

     

      Гироскоп - от древнегреческих слов, означающих «вращение» и «смотреть».

Считается, что это устройство было изобретено в Китае во II веке до нашей эры.

       Гироскоп - это быстро вращающиеся (более 23000 об/мин) массивное симметричное относительно оси вращения тело, подвешенное в карданном подвесе и имеющее более одной степени свободы.

       На рис. Изображен быстро вращающийся ротор 1, подвешенный в карданном подвесе, который имеет внешнюю 3 и внутреннюю 2 рамки. Ось вращения ротора гироскопа обозначается называется главной осью гироскопа. Свои оси вращения имеют внутренняя и внешняя рамки.

       Рассматриваемый гироскоп имеет три оси вращения - ротор гироскопа может вращаться вокруг своей собственной оси и одновременно вместе с внутренней и внешней рамками - вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, а так же занимать любое положение в пространстве. Следовательно, гироскоп, имеющий три оси вращения, называется гироскопом с тремя степенями свободы. Устройство, которое дает возможность телу вращаться одновременно относительно трех осей, называется карданным подвесом.

У гироскопов с двумя степенями свободы нет внешней рамки.

                                                  Трехстепенной гиросоп

                                                    Двухстепенной гироскоп

 

Если ротор гироскопа приведен во вращение с большой угловой скоростью, гироскоп приобретает особую устойчивость и обладает следующими свойствами:

1. Главная ось гироскопа сохраняет неизменным свое направление в мировом пространстве до тех пор, пока на гироскоп не действует момент внешних сил. Например, при повороте подставки гироскопа главная ось сохраняет неизменным свое направление в пространстве и не поворачивается за подставкой.

2. Если к главной оси гироскопа приложить внешнюю силу, то она отклоняется не в том направлении, в котором действует сила, а в направлении перпендикулярном действию этой силы. Это движение главной оси называется прецессией или прецессионным движением. Прецессионное движение продолжается до тех пор, пока действует момент внешних сил.

3. Безинерционность движения гироскопа. Быстро вращающийся ротор гироскопа не реагирует на

кратковременную приложенную внешнюю силу. Если воздействующая на гироскоп внешняя сила будет прикладываться кратковременно, например в виде ударов по рамке подвеса, то гироскоп практически не будет реагировать на это воздействие.

Погрешностью гироскопа называется отклонение его главной оси хх от заданного направления по

отношению к земле. Технический гироскоп имеет погрешности в следствии:

- трения в подшипниках осей карданного подвеса;

- несбалансированности ротора относительно осей вращения;

- суточного вращения Земли вокруг своей оси.

       Для устранения или уменьшения ошибок гироскопов в гироскопических приборах применяются

следящие устройства, которые возвращают главную ось в заданное направление, от которого она отклонилась вследствие прецессии. Такие устройства называются корректирующими.

       В гироскопах авиационных приборов ротор объединен с внутренней рамой в единый блок - гироузел. Состоит из гирокамеры и размещенного в нем гиромотора. Гирокамера играет роль внутренней рамы и имеет оси для подвеса в опорах наружной рамы. Гиромоторы представляют собой трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым внешним ротором и внутренним статором.

Наряду с гироскопами традиционного типа применяются гироскопы с внутренним карданным подвесом, а также с жидкостным (поплавковые гироскопы), газовым, электростатическим и другими видами подвеса. Получают применение так называемые лазерные гироскопы, основанные на специфике распространения электромагнитных волн во вращающейся системе отсчета.

           

       Поскольку курс измеряется в горизонтальной плоскости, ось курсового гироскопа должнарасполагаться горизонтально. Если эту ось направить по какому-либовыбранному направлению, например, по северному направлению меридианаданной точки, то она будет сохранять это направление, как бы ни вращалосьВС вместе с кардановым подвесом вокруг гироскопа. Остается толькоизмерить и передать на указатель компаса угол междуосью гироскопа и продольной осью самолета и тогда можно отсчитыватькурс относительно выбранного направления начала отсчета (в данном случае– от северного направления меридиана).