Курсовые системы. Индукционные датчики курса

1. Лекция № 10

Раздел 1. Гироскопические приборы и системы
Тема 1.3. Курсовые системы
Индукционные датчики курса
1. Определения различных видов курса ЛА
2. Измерители магнитного курса
3. Компасы на базе постоянных магнитов
4. Магнитный зонд
5. Индукционный датчик магнитного курса
6. Виды магнитной девиации

2. 1. Определения различных видов курса ЛА

Курс самолета - угол, отсчитываемый по часовой стрелке между
направлением выбранного меридиана и проекцией продольной оси
самолета на плоскость горизонта.
В зависимости от того, какое направление
принимается за начало отсчета,
различают:
– истинный (географический) курс ,
отсчитываемый от северного
направления истинного
(географического) меридиана;
- магнитный курс , отсчитываемый от
северного направления магнитного
меридиана (от направления
горизонтальной составляющей
магнитного поля Земли);
21

3. 1. Определения различных видов курса ЛА

- компасный курс , отсчитываемый от
северного направления компасного
меридиана (от направления горизонтальной
составляющей суммарного магнитного поля
Земли и воздушного судна);
- гироскопический курс , отсчитываемый от
направления оси вращения ротора (вектора
кинетического момента) курсового гироскопа;
- ортодромический (гирополукомпасный) курс,
отсчитываемый от “северного” направления
ортодромического меридиана. Иногда
ортодромический курс отсчитывают от
“восточного” направления ортодромической
параллели.
20

4. 1. Определения различных видов курса ЛА

Истинный, магнитный, компасный и ортодромический курсы
связаны между собой следующим образом:
где м – магнитное склонение;
м м
к м
где – магнитная девиация (ошибка в измерении магнитного курса,
вызванная наличием магнитного поля воздушного судна);
орт
где – угол схождения меридианов (угол между направлениями
ортодромического и истинного меридианов);
орт м м усл
где м усл – условное магнитное склонение (угол между направлениями
ортодромического и магнитного меридианов).
19

5.

1. Определения различных видов курса ЛА
Х
N
Ор
18
Курсовым углом ориентира
называется угол между горизонтальными
проекциями продольной оси воздушного
судна и направления на ориентир.
Азимутом А ориентира
называется угол между северным
направлением истинного меридиана и
горизонтальной проекцией направления
на ориентир.
Курсовые углы и азимуты
ориентиров, как и курс, отсчитываются по
часовой стрелке и могут изменяться от 0
до 360 .
Истинный курс воздушного
судна, курсовой угол и азимут ориентира
связаны очевидной зависимостью
В качестве ориентиров могут использоваться
радиомаяки, наземные цели, небесные светила и
другие объекты.
А

6. 2. Измерители магнитного курса

17
Измерение курса осуществляется магнитным, индукционным,
гироскопическим, гиромагнитным, гироиндукционным, астрономическим и
радиотехническим методами.
Магнитный метод основан на определении направления магнитного
поля Земли с помощью постоянного магнита.
В индукционном методе магнитное поле Земли наводит в дросселе с
пермаллоевым сердечником, питаемым переменным током,
электродвижущую силу.
В гироскопическом методе используется свойство свободного
гироскопа сохранять направление главной оси неизменным в пространстве.
Гиромагнитный и гироиндукционный методы осуществляют
коррекцию от магнитного или индукционного чувствительного элемента с
целью расположения главной оси свободного гироскопа в направлении
магнитного меридиана.

7.

2. Измерители магнитного курса
16
Магнитное поле Земли. Применение измерителей
магнитного курса основано на использовании
r
H
свойств земного магнетизма. Земля представляет
собой постоянный магнит, полюса которого не
совпадают с полюсами Земли, причем ось магнитных
полюсов не проходит через центр Земли.
Направление горизонтальной составляющей Н
вектора напряженности Т магнитного поля Земли
принимают за северное направление магнитного
r
r
меридиана. На территории России угол магнитного
Z
T
наклонения между векторами Н и Т превышает 60 ,
так что вертикальная составляющая Z вектора Т
больше горизонтальной.
N
H
Простейшим устройством для определения
направления Н служит магнитная стрелка. Угол между
направлениями географического и магнитного
меридианов называется магнитным склонением м.
Величина и знак м, необходимые для перехода
от магнитного курса м к истинному , определяется по
полетным картам, на которых нанесены линии постоянных
значений м, называемые изогонами.
М

8.

2. Измерители магнитного курса
РМ
r
H
r
H
r
H
r
H
r
H
15
Следует отметить, что условию м =0
соответствуют на земной поверхности кривые
сложной формы, сходящиеся в точку северного
магнитного полюса Рм (рис. ).
Векторы Н являются касательными к
этим кривым. Поэтому в отличие от
географической сетки сетка магнитных
меридианов не имеет смысла, а условно
используется лишь понятие направления
магнитного меридиана, задаваемого вектором .
В магнитных компасах направление магнитного
меридиана определяется с помощью
специальных чувствительных элементов.
В авиации наибольшее применение получили чувствительные
элементы в виде постоянных магнитов и феррозонды.

9. 3. Компасы на базе постоянных магнитов

1
2
75
3
15
4
14
Подвижные постоянные магниты в
качестве чувствительных элементов
применяются в авиационных магнитных
компасах типа КИ и в потенциометрических
датчиках курса типа ПДК.
Чувствительным элементом магнитного
компаса типа КИ (рис.) являются два
цилиндрических постоянных магнита 1,
образующие вместе с лимбом (шкалой) 2
подвижную систему, называемую
картушкой. Магниты укреплены
симметрично и одноименными полюсами в
одну сторону.
Картушка вращается вокруг оси, выполненной в виде шпильки .
Шпиль картушки опирается на амортизированный подпятник 3.

10. 3. Компасы на базе постоянных магнитов

1
2
75
3
15
4
13
Шкала соединяется с магнитной системой,
а с самолетом жестко соединен индекс
(курсовая черта). При поворотах самолета
шкала остается неподвижной относительно
меридиана, а индекс перемещается по
шкале и показывает курс самолета.
Герметический корпус прибора заполнен специальной вязкой жидкостью лигроином, что обеспечивает демпфирование колебаний картушки
(благодаря вязкому трению) и уменьшению трения в опоре (вследствие
частичного взвешивания картушки в лигроине). На лицевом стекле 4 корпуса
прибора нанесена линия отсчета курса по лимбу картушки.

11. 3. Компасы на базе постоянных магнитов

Погрешность индикации не более ±2,5°
12
Компас КИ-13 «Бычий
глаз» предназначен
для измерения и
индикации компасного
курса самолета
(вертолета) в
диапазоне 0°...360°.
Работа компаса
основана на
взаимодействии
постоянных магнитов
компаса с магнитным
полем Земли.
Индикация компасного
курса осуществляется
курсовой нитью по
шкале прибора.

12. 3. Компасы на базе постоянных магнитов

1
2
75
3
15
4
11
Магнитные компасы типа КИ
устанавливаются в кабине воздушного
судна как индикаторные приборы для
общей ориентировки в случае отказа
других измерителей курса. Они имеют ряд
достоинств:
- незначительные размеры и масса (менее
200 грамм);
- отсутствие электрического питания;
- полная автономность.
Потенциометрические датчики курса ПДК используются в качестве
измерителей магнитного курса в дистанционных компасах. В них
применяется “сухая” подвеска картушки, а демпфирование ее колебаний
осуществляется за счет вихревых токов, индуцируемых в корпусе при
движении магнитной системы. Для выдачи информации потребителям в
ПДК используется круговой потенциометр, ползунок которого связан с
картушкой.

13. 3. Компасы на базе постоянных магнитов

10
В магнитных компасах чувствительным
элементом, определяющим направление
магнитного меридиана Земли, является
магнитная стрелка (свободно
подвешенный постоянный магнит).
Магнитная стрелка 2 датчика
потенциометрического дистанционного
магнитного компаса жестко связана с
щетками 1 расположенными под углом
120° и скользящими по кольцевому
потенциометру 3, питаемому
напряжением постоянного тока.
Перемещение щеток вследствие поворота магнитной стрелки под действием
магнитного поля Земли преобразуется в электрический сигнал, снимаемый с
контактных колец 4, и через трехпроводную линию передачи передаваемый
на указатели логометрического типа.

14. 3. Компасы на базе постоянных магнитов

9
К методическим погрешностям магнитных компасов относятся
погрешности от магнитной девиации Δк и магнитного склонения Δм,
погрешность от наклона Л А относительно подвижной системы с магнитами
(креновая девиация), погрешность подвижной системы компаса (картушки)
относительно плоскости горизонта.
К инструментальным погрешностям магнитных компасов
относятся:
- погрешности, вызываемые вредными силами при их воздействии на
подвижную систему:
- (от трения в опорах;
- от увлечения жидкостью, в которой находится подвижная система;
- при разворотах и т. п.);
- температурная погрешность при изменении свойств жидкости в корпусе с
изменением температуры;
- погрешности, вносимые электрической схемой прибора.
Точность МК составляет 2 градуса.

15. 4. Магнитный зонд

Чувствительным элементом индукционного датчика магнитного
курса является феррозонд (рис.). Он представляет собой два
параллельных пермаллоевых сердечника 3 с включенными встречно
первичными обмотками (обмотками подмагничивания) 1 и 2. Обмотки
подмагничивания питаются переменным напряжением U частоты f.
Вторичная (сигнальная) обмотка 4 охватывает оба сердечника. Могут
использоваться две сигнальные обмотки, намотанных поверх первичных и
включенные согласно.
Обмотки намотаны таким
образом, что магнитные потоки
1
4
3
~е
Ф1 и Ф2, в первом и втором
стержнях в каждый момент
r
времени равны по величине и
H
Ф
обратны по направлению.
a
Следовательно, в каждый
Х
Ф
момент времени суммарный
магнитный поток от двух
2
первичных обмоток равен нулю,
и он не может индуцировать
ЭДС во вторичной обмотке.
П
~ UП
8
П

16. 4. Магнитный зонд

При отсутствии внешнего
намагничивающего поля Н результирующий
магнитный поток Ф = Ф1 – Ф2, связанный с
обмоткой 4, будет равен нулю и на ее выходе
никакого сигнала не будет.
Если напряжённость Н измеряемого
поля не равна нулю, то магнитный поток Фн
этого поля в одном стержне будет складываться
с потоком подмагничивания, а в другом
вычитаться из него. Это приведёт к тому, что
оба сердечника будут переходить в режим
насыщения не одновременно (рис. б), как это
было при Н=0
1
4
3
~е
r
ФП
H
a
~ UП
ФП
2
Х
7

17. 4. Магнитный зонд

В результате суммарный магнитный
поток Фс, сцепленный с обмоткой 4, будет
изменяться так, как это показано на (рис. в).
Изменение потока приведет к появлению на
выходной обмотке 4 напряжения U, (рис. г),
пропорционального степени асимметрии потоков
Ф1 и Ф2, а следовательно, и напряжённости
измеряемого поля. В связи с тем, что за один
период напряжения подмагничивания стержни
будут переходить в насыщенное состояние два
раза, частота импульсов U. будет в два раза
выше частоты напряжения Un
1
4
3
~е
r
ФП
H
a
~ UП
ФП
2
Х
6

18. 4. Магнитный зонд

1
4
3
5
~е
r
H
ФП
a
~ UП
Х
ФП
2
Пульсирующий магнитный поток горизонтальной составляющей
магнитного поля Земли индицирует во вторичной обмотке, охватывающей
оба стержня, напряжение
е W
d H cos м
dt
где W – число витков во вторичной обмотке; м – магнитный курс, который
меняется с двойной частотой по отношению к переменному напряжению .

19. 5. Индукционный датчик магнитного курса

Направление линии полюсов ротора 5
при этом будет перпендикулярно
направлению потока статора, которое
определяется положением
чувствительного элемента относительно
поля Земли, т. е. магнитным курсом Ψм.
4
В измерителе курса индукционные
чувствительные элементы
располагаются на платформе 1 под
углом 60° относительно друг друга.
Платформа с помощью карданова
подвеса удерживается в
горизонтальном положении.
Подмагничивающие обмотки 2
соединяются последовательно, а
сигнальные обмотки 3 — «звездой»
(или «треугольником») и трехпроводной линией электрически связываются со статорной обмоткой 4
сельсина. Напряжение с обмотки
ротора 5 сельсина через усилитель 6
подается на вход малоинерционного
электродвигателя 7, который
поворачивает ротор сельсина в
положение, при котором наводимое в
нем напряжение будет равно нулю.

20. 5. Индукционный датчик магнитного курса

3
Корпус датчика заполнен жидкостью, карданов подвес чувствительного
элемента допускает его наклон до 170 в любую сторону.
Методические погрешности индукционных датчиков такие же, как у
магнитных компасов.
Инструментальные погрешности, появляющиеся в магнитных компасах изза наличия подвижной системы, в индукционных датчиках отсутствуют.
К основным инструментальным погрешностям индукционных
датчиков относятся:
- погрешности от изменения напряжения и частоты питания;
- температуры окружающей среды;
- нелинейности характеристик из-за производственно-технологических
неточностей;
- погрешностей, вносимых следящей системой и дистанционной передачей.
Индукционные датчики курса, как правило, используются в системах
магнитной коррекции современных курсовых систем ввиду более высокой
точности по сравнению с датчиками с подвижной магнитной системой.

21. 6. Виды магнитной девиации

2
Магнитной девиацией называется погрешность в измерении
магнитного курса, обусловленная магнитным полем воздушного судна.
Это поле создается ферромагнитными деталями, а также
электрическими токами элементов оборудования. Ферромагнитные массы
ВС условно разделяют на “твердое” железо с большой коэрцитивной силой
и “мягкое” железо, практически не имеющее остаточного магнетизма и
намагничиваемое внешними магнитными полями.
Вектор напряженности магнитного поля “твердого” железа, а также
“мягкого” железа, намагниченного “твердым”, длительно остается
неизменным по величине и направлению относительно осей ВС. Магнитные
поля элементов оборудования по своим свойствам подобны полю “твердого”
железа.
Иными свойствами обладает поле “мягкого” железа, намагничиваемого магнитным полем Земли. Напряженность Тмж поля “мягкого” железа
пропорциональна напряженности Т магнитного поля Земли, но направление
вектора Тмж в общем случае не совпадает с вектором Т. Оно зависит от
формы железной массы и ее ориентации относительно магнитного поля
Земли, следовательно, и от курса воздушного судна. Таким образом, поле
“мягкого” железа переменно.

22. 6. Виды магнитной девиации

1
Девиация Δк слагается из постоянной и переменной составляющих.
Переменные составляющие девиации являются периодическими
функциями Ψм. Девиацию Δк с достаточным приближением можно
разложить в сходящийся тригонометрический ряд:
Δк = А +Вsin Ψм + Ccos Ψм +D sin 2Ψм + E cos 2Ψм ,
где А — круговая постоянная девиация (30); В, С — коэффициенты
полукруговой девиации (50...70); D,E — коэффициенты четвертной
девиации (10 ).
Полукруговая девиация возникает от «твердого» железа,
круговая и четвертная—от «мягкого» железа.
Для устранения (списывания) девиации на ВС проводятся
девиационные работы. Эти работы выполняются на специальных
девиационных площадках, построенных из неармированного бетона
(или на грунте) в районе аэродрома и максимально удалены от
источников магнитных помех.