1、第二部分 姿態(tài)儀表,1、陀螺的一般知識及陀螺儀表的動力源 2、地平儀：功用、基本原理、誤差及使用 3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀：功用、基本原理、指示及使用,（一）陀螺的一般知識,1、陀螺(gyroscope)：測量物體相對慣性空間轉(zhuǎn)角或角速度的裝置。 種類：普通剛體轉(zhuǎn)子陀螺、撓性陀螺、激光陀螺、光纖陀螺、粒子陀螺、低溫超導(dǎo)陀螺等。 剛體轉(zhuǎn)子陀螺：能夠繞一個支點高速旋轉(zhuǎn)的物體。,一、陀螺的一般知識及陀螺儀表的動力源,2、剛體轉(zhuǎn)子陀螺,剛體轉(zhuǎn)子陀螺結(jié)構(gòu)： 轉(zhuǎn)子、內(nèi)框、外框和基座,3、剛體轉(zhuǎn)子陀螺分類,根據(jù)自轉(zhuǎn)軸具有的自由度：兩自由度陀螺、單自由度陀螺 根據(jù)動力：電動、氣動,4、兩自由度陀螺的特性,進動性、穩(wěn)定性

2、 (1)進動性(precession) 受外力矩作用時，兩自由度陀螺轉(zhuǎn)動方向(指角速度矢量方向)與外力矩作用方向相互垂直的特性，稱為兩自由陀螺的進動性。,進動性(precession),進動方向 角動量矢量(或自轉(zhuǎn)角速度矢量)沿最短途徑轉(zhuǎn)向外力矩矢量的方向。,進動方向,或右手螺旋法則：將右手大拇指伸直，其余四指以最短路線從角動矢量方向握向外力矩矢量的方向，則大拇指的方向就是進動角速度矢量的方向,特殊情況,框架自鎖：如果=90，自轉(zhuǎn)軸與外框軸重合，陀螺失去一個轉(zhuǎn)動自由度。 “飛轉(zhuǎn)”：當(dāng)較大，或“框架自鎖”時，陀螺在外力矩的作用下可能會繞內(nèi)、外框軸高速轉(zhuǎn)動。應(yīng)盡量避免陀螺“飛轉(zhuǎn)”。,(2)穩(wěn)定性(

3、stability of gyroscope),穩(wěn)定性定義 兩自由度陀螺能夠抵抗干擾力矩，力圖保持其自轉(zhuǎn)軸相對慣性空間方向穩(wěn)定的特性，稱為陀螺的穩(wěn)定性。,兩種表現(xiàn)形式： 漂移在干擾力矩作用下，陀螺產(chǎn)生很小進動。 （目前常用陀螺漂移率121/小時，慣性級陀螺漂移率0.010.001/小時。） 章動當(dāng)陀螺受到?jīng)_擊力矩作用時，自轉(zhuǎn)軸將在原來的空間方向附近作高頻微幅園錐形振蕩運動。頻率很高，大于幾百赫；振幅很小，小于角分量級； 會很快衰減。,(3)兩自由度陀螺相對于地球的運動表觀運動,不管陀螺在地球上什么地方，只要陀螺自轉(zhuǎn)軸與地球自轉(zhuǎn)軸不平行或不重合都存在相對運動。 原因：陀螺自轉(zhuǎn)軸相對慣性空間保持穩(wěn)

4、定，地球相對慣性空間運動。,5、單自由度陀螺的特性進動性,（1）定義 單自由度陀螺基座繞其缺少自由度的方向轉(zhuǎn)動時，陀螺將繞內(nèi)框軸轉(zhuǎn)動。 （2）進動方向 角動量矢量(或自轉(zhuǎn)角速度矢量)沿最短途徑轉(zhuǎn)向基座旋轉(zhuǎn)角速度矢量方向。,應(yīng)用：測量角速度、角位移，如轉(zhuǎn)彎儀等,（二）陀螺儀表的動力源,飛機上的陀螺儀表：地平儀、陀螺半羅盤和轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀。 它們靠氣源或電驅(qū)動。 大多數(shù)輕型飛機上，地平儀和陀螺半羅盤的氣源由真空系統(tǒng)提供，轉(zhuǎn)彎儀由電氣系統(tǒng)供電 。,飛行期間，應(yīng)重視對真空系統(tǒng)真空度的監(jiān)視。 如果真空系統(tǒng)壓力在正常范圍（4.45.2inHg）以外，氣動陀螺儀表（通常指的是氣動地平儀和氣動陀螺半羅盤）的指示不

5、可靠。 有些飛機上裝備有真空系統(tǒng)壓力低“GYROS”警告燈，當(dāng)真空系統(tǒng)壓力低于33.5inHg時，該燈燃亮,二、 航空地平儀(gyro horizon),（一）功用 測量和指示飛機的俯仰角和傾斜角,(二)基本原理 俯仰角：飛機縱軸與地平面的夾角，即飛機繞橫向水平軸轉(zhuǎn)動的角度。 傾斜角：飛機對稱面與通過飛機縱軸所作的鉛垂面之間的夾角，即飛機繞縱軸轉(zhuǎn)動的角度；無俯仰時，也等于飛機橫軸與地平面的夾角。,怎樣測量俯仰角和傾斜角？,單擺具有地垂性，但不穩(wěn)定。 陀螺具有穩(wěn)定性，但不能跟蹤地垂線。,原理：利用擺的地垂性修正陀螺，利用陀螺的穩(wěn)定性建立穩(wěn)定的人工地垂線，從而根據(jù)飛機和陀螺的關(guān)系測量飛機的俯仰角和

6、傾斜角。,（三）組成及分類,組成:,1、兩自由度陀螺 建立穩(wěn)定的測量基準(zhǔn) 電動、氣動， 轉(zhuǎn)速高達23000轉(zhuǎn)/分 2、地垂修正器 測量地垂線并對陀螺進行地垂修正 常用固體擺式修正器、液體擺式修正器 3、指示機構(gòu) 指示姿態(tài)角（或同位器傳送電信號） 4、控制機構(gòu) （1）陀螺控制機構(gòu)（或上鎖機構(gòu)） 縮短起動時間和快速消除誤差 （2）擺的控制機構(gòu) 轉(zhuǎn)彎、加速時切斷修正減小誤差,分類,直讀式： 陀螺直接帶動指示 遠讀式： 陀螺通過遠傳帶動指示 (又稱為姿態(tài)系統(tǒng)。由陀螺傳感器和指示器組成。）,（四）使用特點,地面起動 要求： （1）轉(zhuǎn)子達到額定轉(zhuǎn)速。 由時間保證或收警告旗判斷。 （2）自轉(zhuǎn)軸處于地垂線方向

7、。 由指示停機角反映。 方法：適當(dāng)時候上鎖，加快起動。,地面起動 例如H321： （1）通電，約3分鐘，收旗； （2）拉鎖； （3）放鎖，直到指示停機角，起動畢。,地面起動 BDP1：（1）上鎖，通電；（2）12分鐘后開鎖；（3）待指示停機角，起動畢。,空中使用,1、平飛 平飛時有一定的迎角，參照升降速度表調(diào)整。,2、加速,加或減速時，慣性力使擺偏離地垂線，對陀螺進行錯誤修正，使地平儀出現(xiàn)上仰或下俯誤差。用升降速度表和轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀檢查。,3、盤旋和轉(zhuǎn)彎,盤旋或轉(zhuǎn)彎時，慣性離心力使擺偏離地垂線方向，對陀螺進行錯誤修正，使地平儀的俯仰和傾斜指示產(chǎn)生誤差。 改平后，用升降速度表和轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀檢查。,4、

8、修正方法 飛機改平、勻速飛行時，先上鎖，后開鎖，消除誤差。 5、使用完畢 斷電，上鎖；或根據(jù)要求。,三、 轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀,（一）轉(zhuǎn)彎儀(turn indicator) 1、功用： （1）指示飛機轉(zhuǎn)彎(或盤旋)方向； （2）粗略反映轉(zhuǎn)彎的快慢程度； （3）有的還能指示飛機在某一真空速時無側(cè)滑轉(zhuǎn)彎的坡度 (傾斜角)。,2、原理,組成：單自由度陀螺、平衡彈簧、空氣阻尼器和指示機構(gòu)等 原理：轉(zhuǎn)彎儀是利用單自由度陀螺進動性工作的。,1）指示轉(zhuǎn)彎方向,單自由度陀螺進動指示轉(zhuǎn)彎方向,2）指示轉(zhuǎn)彎快慢,飛機轉(zhuǎn)彎時引起陀螺進動的力矩 Lcos() 式中：飛機轉(zhuǎn)彎角速度；飛機傾斜角； 內(nèi)框轉(zhuǎn)角。 陀螺內(nèi)框轉(zhuǎn)角不大時

9、LJcos 平衡彈簧的力矩為 M K彈性力矩系數(shù)。 指針穩(wěn)定時 ML （J/K）cos 故，粗略反映。,3）指示飛機無側(cè)滑轉(zhuǎn)彎時的傾斜角,tgFi/G 而 Fimv Gmg 式中：m飛機的質(zhì)量； v飛機的飛行速度； g重力加速度。 因此，tgmv/mgv/g 即（g/v）tg 代入式（J/K）cos中 則（Jg/Kv）sin 當(dāng)v一定時，可指示。,3、指示,當(dāng)小飛機翼尖或指針對準(zhǔn)“L”或 “R”標(biāo)線時，表示飛機以標(biāo)準(zhǔn)角速度(3 /秒)轉(zhuǎn)彎。若無側(cè)滑，飛機轉(zhuǎn)360需要2分鐘時間。這就是轉(zhuǎn)彎儀表面上標(biāo)有“2MIN”字樣的含義。,（二）側(cè)滑儀(slip indicator),1、功用 指示飛機有無側(cè)

10、滑和側(cè)滑方向（與轉(zhuǎn)彎儀配合，協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎）。,原理：利用單擺模擬飛機承受的橫向合力，根據(jù)擺錘在橫向合力作用下的運動狀態(tài)指示飛機側(cè)滑。,2、原理,2、原理,結(jié)構(gòu)；小球（敏感元件）、玻璃管和阻尼液等,通過小球感受沿飛機橫側(cè)方向的剩余側(cè)力來指示飛機在飛行中有無側(cè)滑,1）直線飛行,重力使小球偏離中央，指示側(cè)滑。,2）轉(zhuǎn)彎飛行,（1）協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎 與配合適當(dāng) FXX0 或FXGX 小球在中央,（2）外側(cè)滑,過小或過大 FXX 或FcosGsin 小球移向右(外)側(cè),（3）內(nèi)側(cè)滑,過大或過小 FXGX 或FcosGsin 小球移向左(內(nèi))側(cè) 橫向合力越大，小球偏離中央位置越遠，表示側(cè)滑越嚴重。,3、使用特點,1）

11、接通電源，轉(zhuǎn)速正常(按規(guī)定時間或警告旗收起)后使用。,2）注意綜合使用轉(zhuǎn)彎儀和羅盤,小 結(jié),飛機上有三種陀螺儀表：地平儀、陀螺半羅盤和轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀。它們靠氣源或電驅(qū)動。大多數(shù)輕型飛機上，地平儀和陀螺半羅盤的氣源由真空系統(tǒng)提供，轉(zhuǎn)彎儀由電氣系統(tǒng)供電。這樣配置保證了某一系統(tǒng)失效時有備份系統(tǒng),真空系統(tǒng)內(nèi)有一個由發(fā)動機驅(qū)動的真空泵,用來向地平儀和陀螺半羅盤提供氣源。飛行期間，應(yīng)重視對真空系統(tǒng)真空度的監(jiān)視。如果真空系統(tǒng)壓力在正常范圍（4.45.2inHg）以外，氣動陀螺儀表（通常指的是氣動地平儀和氣動陀螺半羅盤）的指示不可靠。有些飛機上裝備有真空系統(tǒng)壓力低“GYROS”警告燈，當(dāng)真空系統(tǒng)壓力低于33.5i

12、nHg時，該燈燃亮。,地平儀和陀螺半羅盤使用的是兩自由度陀螺，該陀螺具有兩大特性：穩(wěn)定性和進動性。穩(wěn)定性是指陀螺一旦高速旋轉(zhuǎn)起來,就會表現(xiàn)出抵抗干擾力矩，力圖保持其自轉(zhuǎn)軸相對慣性空間方向不變的特性。 進動性是指陀螺在外力矩作用下，其轉(zhuǎn)動方向與外力矩作用方向相互垂直的特性。,地平儀,地平儀用來測量和指示飛機的俯仰角和傾斜角。,地平儀的基本原理就是利用擺的地垂性修正陀螺，利用陀螺的穩(wěn)定性建立穩(wěn)定的人工地垂線，從而根據(jù)飛機和陀螺的關(guān)系測量飛機的俯仰角和傾斜角。,飛機轉(zhuǎn)彎或盤旋時，慣性離心力使擺偏離地垂線，并對陀螺進行錯誤修正，造成自轉(zhuǎn)軸偏離地垂線，使地平儀的俯仰和傾斜指示產(chǎn)生誤差。,在飛機加速或減速

13、時，慣性力使擺偏離地垂線，并對陀螺進行錯誤修正，造成自轉(zhuǎn)軸偏離地垂線，從而產(chǎn)生誤差。飛機加速時，地平儀指示飛機爬升；飛機減速時情況相反。 地平儀上的鎖定手柄可以在地平儀起動時或飛機機動飛行后使自轉(zhuǎn)軸迅速恢復(fù)到地垂線方向（陀螺直立），從而縮短起動時間或消除機動飛行過程中產(chǎn)生的指示誤差。飛行時，如果在地面未使地平儀投入工作，飛機起飛后，在飛機勻速平飛時，應(yīng)拉動鎖定手柄，讓轉(zhuǎn)子平面平行于地平面，使儀表指示正確。,轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀,轉(zhuǎn)彎儀用于指示飛機轉(zhuǎn)彎或盤旋的方向，并粗略地反映轉(zhuǎn)彎的快慢程度。有的轉(zhuǎn)彎儀在飛機真空速與它表面標(biāo)注的真空速相等時,能指示飛機無側(cè)滑轉(zhuǎn)彎的坡度。側(cè)滑儀用于指示飛機有無側(cè)滑和側(cè)滑的方向，與轉(zhuǎn)彎儀配合，供駕駛員操縱飛機協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎。,轉(zhuǎn)彎儀利用單自由度陀螺的進動性工作。當(dāng)小飛機翼尖或指針對準(zhǔn)“L”或 “R”標(biāo)線時，表示飛機以標(biāo)準(zhǔn)角速度(3 /秒)轉(zhuǎn)彎。若無側(cè)滑，飛機轉(zhuǎn)360需要