Принцип дії масляного заспокоювача
Для демпфування незагасаючих коливань чутливого елемента гірокомпаса з безпосереднім управлінням, тобто для перетворення їх на загасаючі коливання служить масляний заспокійник. Він є двома вертикальними судинами, орієнтованими у напрямі осіхгіросфери і жорстко пов'язані з нею (рис.3.4). Посудина, зміщена в позитивну сторону осі, називається північною, а інша судина - південною. З'єднання трубками вгорі і внизу забезпечує їх роботу за принципом судин, що сполучаються. Кутγхарактеризує надлишок олії в одному з судин. Тоді - швидкість перетікання олії. Вона залежить від властивостей олії, форми та розмірів судин, діаметрів трубок, тобто від конструкції масляного заспокоювача. Конструктивна постійнаFназивається фактором перетікання. Швидкість перетікання залежить від кута відхилення осіхгіросфери від площини горизонту (рис. 3.4.)
+F(β-γ) = 0(3.14)
Рівняння справедливе при ламінарному перебігу, що фактично забезпечується в гіросфері підбором масла, а також тим, що кутиγіβне бувають більшими.
 |
Надлишок олії в одному з судин (на рис.3.4 - в південному) створює момент, спрямований по осіу:
деС- модуль моменту масляного заспокоювача.
Таким чином, виник додатковий момент, який впливає на рух гіроскопа тільки в азимуті, тому в системі (3.4) зміни відбудуться лише у першому рівнянні. З урахуванням (3.14) диференціальні рівняння руху головної осі гірокомпасу мають вигляд:
Н - Нω♀ sin φ= -В β + γ,
-ω♀cosφ·α= 0 (3.15)
ТутСγ- момент масляного заспокійника, що є демпфуючим моментом. Розглянемо, як досягаєтьсяефект загасання коливань чутливого елемента
У момент запуску компаса чутливий елемент перебуває у довільному становищі і відхилений, наприклад, від меридіана на кутαна схід. Внаслідок обертання Землі головна вісь чутливого елемента переміщається в азимуті на схід та піднімається над горизонтом. З появою кутаβвиникає маятниковий моментВβ(рис.3.5а), спрямований у негативний бік осіу. Під впливом гіросфера починає прецесію в азимуті на захід, тобто. у бік меридіана. З підйомом головної осі гіросфери олія починає перетікати, створюючи надлишок у південній посудині. Це призводить до виникнення моментуCγ, спрямованого в позитивну сторону осіу. Сумарний момент зменшується, кутова швидкість прецесії також зменшується. З приходом гіросфери в меридіан кут β досягає максимального значення, і під дією сумарного моменту вона переходить у західну частину горизонту. На цій ділянці траєкторії чутливий елемент рухається за експоненційним законом, що обумовлено процесом перетікання масла, що не встановився, в заспокійнику.
Після того, як вісьхпройде меридіан, вона почне опускатися внаслідок обертання Землі. Але поки вона піднята, масло перетікатиме в південну посудину. При досягненні кутаβ=βrрух чутливого елемента в азимуті припиниться. Надлишок олії у південній посудині буде максимальним. З проходом віссюхплощині горизонту кутβзмінює свій знак. Отже, змінює напрямок і маятниковий моментB. Під його впливом гіроскоп прецесує на схід, продовжуючи опускатися. Олія внаслідок нахилу чутливого елемента починає перетікати у північну судину. Однак, швидко перетекти воно не може, і йогонадлишок зберігається у південній посудині, створюючи момент, що збігається у напрямку з маятниковим (рис.3.56). Сумарний момент збільшує швидкість прецесії гіроскопа у бік меридіана. Таким чином, досягнуто позитивного ефекту - прискореного руху гіроскопа до меридіана.
Наслідком такого руху є другий позитивний ефект: рух до меридіана займає більш короткий проміжок часу, ніж без заспокійника, а це означає, що кутβ, а разом з ним і маятниковий моментВ βдосягнуто меншої величини.
Параметри масляного заспокійника підібрані так, що на час підходу осіхдо меридіана рівень масла в судинах порівнюється і моментCγзникає. Рух в азимуті на схід продовжується лише під впливом моментуВ β, і вісьхпроходить площину меридіана.
Перетікання олії триває, та її надлишок створюється у північній посудині. МоментCγспрямований тепер на захід і зменшує сумарний момент (Вβ-Cγ), що знижує швидкість відходу гіроскопа від меридіана. Внаслідок обертання Землі головна вісь гіроскопа піднімається, оскільки вона відхилена на схід від меридіана. Це призводить до зменшення маятникового моменту. З проходом віссюхплощині горизонту моментBβстає негативним. Надлишок олії залишається у північній посудині. Маятникові та демпфуючі моменти складаються - (В β+C γ), прискорюючи прецесію гіросфери до меридіана (рис.3.5в). З її підходом до меридіана рівень олії в судинах заспокійлювача вирівнюється, і прецесія відбувається під дією маятникового моменту. Поступово у південному посудині створюється надлишок олії і відбувається віднімання моментів - (В β–C γ) (рис.3.5а). Далі процес повторюється, як це вже розглянуто.
З усього сказаного слід, що початковий період після запуску (60 80 хв) характеризується неустановившимся режимом руху олії в заспокійнику. Траєкторія руху головної осі гіроскопа на цій ділянці є експонентом (рис.3.6). При встановився період перетікання, масла відстає по фазі приблизно на від періоду коливань чутливого елемента. Це означає, що і період зміни демпфуючого моментуC γвідстає по фазі від періоду зміни маятникового моментуB. Останнє призводить до того, що при русі гіросфери до меридіана моменти складаються, а при русі від меридіана віднімаються. Коливання залишаються гармонійними, але кожна їхня наступна амплітуда менша за попередню. Відбувається згасання коливань. Загальний час приходу гірокомпасу в меридіан становить 4 6 годин.