Jeśli jesteś właścicielem tej strony, możesz wyłączyć reklamę poniżej zmieniając pakiet na PRO lub VIP w panelu naszego hostingu już od 4zł!

Sztuczny horyzont

Sztuczny horyzont jest podstawowym przyrządem pilotażowym działającym na zasadzie giroskopu. Wskazuje on położenie samolotu względem rzeczywistego horyzontu; wyposażony dodatkowo w zakrętomierz i chyłomierz wskazuje kierunek i prędkość kątową zakrętu samolotu oraz boczne ślizgi.

Giroskop w sztucznym horyzoncie jest zawieszony konstrukcyjnie tak, że ma trzy stopnie swobody, dzięki czemu oś giroskopu zachowuje stałe położenie w przestrzeni, niezależnie od położenia samolotu. Przyrząd jest przeznaczony do posługiwania się nim podczas lotów bez widoczności oraz w czasie wykonywania zespołowych figur wyższego pilotażu.

Rodzaje sztucznych horyzontów

            Sztuczny horyzont, może być z pneumatycznym lub elektrycznym napędem giroskopu. Zależnie od rodzaju napędu wirnika sztuczny horyzont nazywa się pneumatycznym lub elektrycznym. Niezależnie od typu zastosowanego napędu sztuczne horyzonty mogą się różnić konfiguracją wzajemnego przemieszczania się między sobą sylwetki samolotu względem linii horyzontu na tarczy przyrządu. Położenie ruchomej sylwetki samolotu w stosunku do linii horyzontu na tarczy przyrządu przedstawia pilotowi obraz położenia samolotu względem rzeczywistego horyzontu, wykazując przechylenia lub jego pochylenia -,nad” czy też „pod” horyzont. Na tarczach innych typów sztucznych horyzontów linia horyzontu jest ruchoma, a sylwetka samolotu związana na stałe z obudową. Różnice konstrukcyjne tarcz nie wpływają w żadnym stopniu na wzajemne położenie względem siebie sylwetki płatowca i linii horyzontu w obydwu typach przyrządów.

Wskutek występowania sił masowych i tarcia w łożyskach ruchomych elementów powstaje tendencja do zmiany płaszczyzny obrotu giroskopu, co pociąga za sobą występowania zjawiska precesji, to znaczy odchylania się osi głównej wirującego giroskopu w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny działającego na tę oś momentu. Precesji przeciwdziała specjalne urządzenie korekcyjne, sprowadzające wirnik giroskopu do jego poprzedniego położenia.

W tym właśnie zaznacza się zasadnicza różnica pomiędzy działaniem zakrętomierza, w którym precesja została wyzyskana jako zjawisko pozytywne, umożliwiające wykorzystanie go do wskazań przyrządu, a działaniem sztucznego horyzontu, gdzie jest konieczne stosowanie specjalnego urządzenia antyprecesyjnego.

Sztuczny horyzont pneumatyczny

Schemat działania pneumatycznego sztucznego horyzontu przedstawiono na rysunku 1. Wirnik 4, o pionowej osi z—z, jest podwieszony w dwóch ramkach na przegubach Cardana.

Ramka wewnętrzna, będąca jednocześnie obudową 5 wirnika, ma oś obrotu x—x, położoną równolegle do podłużnej osi samolotu. Ramka zewnętrzna zawieszenia Cardana ma oś obrotów
y—y skierowaną równolegle do poprzecznej osi samolotu.

Wirnik giroskopu jest wykonany w kształcie krążka z wyfrezowanymi na powierzchni obwodowej łopatkami. Wirnik jest napędzany do około 12 000 obr/min za pomocą napływającego nań powietrza z dwóch dyszek umieszczonych w łożyskach i ramkach zawieszenia Cardana z układu podciśnienia lub nadciśnienia. Jak wiadomo, szybko obracający się wirnik dąży do zachowania stałego kierunku swojej głównej osi obrotów w przestrzeni.

Schemat zasadniczy sztucznego horyzontu pneumatycznego

1 i 2 — koła zębate, 3 — linia horyzontu związana z puszką przyrządu, 4 — wirnik, 5 — obudowa, 6 i 9 — otwory, 7 i 10 — wahadłowe zasłonki, 8 — komora powietrzna, 11 — sylwetka samolotu

Gdyby na giroskop nie działały momenty od sił zewnętrznych, to przy dowolnej zmianie położenia samolotu względem horyzontu kierunek głównej osi obrotu wirnika (osi z—z) pozostałby stały. Ruchomy wskaźnik — sylwetka samolotu — połączony z ramką wewnętrzną giroskopu zajmowałby w tym przypadku stałe położenie. Jednocześnie nieruchomy wskaźnik (linia horyzontu) związany z puszką przyrządu, a więc i z samolotem, przesuwałby się razem z nim względem nieruchomego wskaźnika, wskazując położenie samolotu względem płaszczyzny rzeczywistego horyzontu.

Jednakże w praktyce giroskop znajduje się zawsze pod działaniem różnych sił zewnętrznych, a przede wszystkim sił wywołanych przez tarcie w łożyskach zawieszenia na przegubach Cardana i przez niewyważenie układu giroskopowego, nie może więc zachowywać stale pionowego kierunku głównej osi obrotów wirnika. Toteż bez specjalnego urządzenia utrzymującego w pionowym położeniu oś główną wirnika, giroskop nie może dawać prawidłowych wskazań. Aby zapewnić prawidłowość wskazań, każdy sztuczny horyzont wyposaża się w urządzenie zwane korektorem, które koryguje położenie osi głównej wirnika.

Działanie korektora typu wahadłowego, stosowanego w pneumatycznych horyzontach, jest następujące. Powietrze wprowadzające w obrót wirnik wypływa z korpusu obudowy przez cztery jednakowe otwory, umieszczone w jego-dolnej części

Wahadłowo odrzutowa korekcja pionowego położenia osi głównej wirnika sztucznego horyzontu

a — os wirnika pionowa, b — oś wirnika odchylona od pionowego położeni

Otwory te są do połowy zakryte wahadłowymi zasłonkami, podwieszonymi parami na dwóch osiach pod kątem 90° jedna od drugiej. Podczas pionowego położenia osi głównej wirnika wszystkie otwory są otwarte jednakowo i siły działające na korpus od reakcji wypływających strug są równe.

Odchylenie giroskopu od pionu wywołuje w płaszczyźnie prostopadłej do odchylenia zwiększenie jednego otworu i zmniejszenie otworu przeciwległego. Strugi powietrza wypływającego i siły reakcji od nich wytwarzają się nierówno; przewyższa reakcja zasłonki bardziej uchylonej. Siła reakcji wywołuje ruch precesyjny osi giroskopu w stronę powstałego
odchylenia, powracając ją w pionowe położenie. Sztuczny horyzont pneumatyczny ma różne wady, z których najuważniejszymi są:

  • niemożność posługiwania się nim na dużych wysokościach, zwłaszcza, jeśli wirnik jest napędzany w układzie podciśnienia od pompy próżniowej;
  • duża możliwość korodowania i zanieczyszczenia łożysk giroskopu z powodu dostawania się wilgoci i pyłu razem z powietrzem;
  • mały zakres niskich temperatur, w których przyrząd może pracować (—35°C, jak w zakrętomierzu), spowodowany spadkiem prędkości obrotowej wirnika i obmarzaniem dyszek;
  • mały moment kinematyczny wirnika, co jest przyczyną niedostatecznej stałości giroskopu.

Wymienione wady w znacznie mniejszym stopniu występują w sztucznym horyzoncie elektrycznym.

Sztuczny horyzont elektryczny

            Zasada działania sztucznego horyzontu elektrycznego niczym nie różni się od zasady działania sztucznego horyzontu pneumatycznego. Zarówno jeden horyzont, jak i drugi oparte są na wykorzystaniu własności giroskopu o trzech stopniach swobody.

Mimo jednakowej zasady działania, sztuczne horyzonty elektryczne poważnie różnią się od pneumatycznych swą budową ogólną i budową poszczególnych zespołów.

Sztuczne horyzonty elektryczne wykonuje się z reguły jako przyrządy zespolone, to jest takie, w których w jednej puszce łączy się sztuczny horyzont, zakrętomierz i chyłomierz poprzeczny. W sztucznych horyzontach elektrycznych do napędu wirnika giroskopu stosuje się zwykle trójfazowy prąd zmienny, dostarczany z pokładowej sieci elektrycznej (jeśli źródłem prądu w samolocie jest prądnica prądu zmiennego) lub od specjalnej przetwornicy prądu stałego na prąd zmienny (jeśli źródłem prądu w samolocie jest prądnica prądu stałego). Stosowanie trójfazowego prądu zmiennego łączy się z celowością wykorzystania jako wirnika giroskopu, krótkozwartego asynchronicznego silnika trójfazowego prądu zmiennego, który ze względu na brak komutatora i szczotek jest prosty w produkcji i pewniejszy w działaniu niż inne typy silników. W celu uzyskania możliwie dużego momentu kinetycznego, wirniki silników giroskopowych sztucznego horyzontu i zakrętomierza wykonuje się na zewnątrz stojana.
Dzięki oddaleniu wirujących mas wirnika od osi obrotu, wzrasta znacznie moment bezwładności wirnika, co jest bardzo ważne dla stałości giroskopu.

W sztucznych horyzontach elektrycznych, podobnie jak i w pneumatycznych, niezbędne jest specjalne urządzenie, utrzymujące główną oś obrotów giroskopu w położeniu pionowym. Bez takiego urządzenia główna oś obrotów giroskopu będzie procesowała pod działaniem momentów zewnętrznych z położenia pionowego, a przyrząd będzie wskazywał nieprawidłowo.

Sposób stabilizacji osi obrotów wirnika giroskopu sztucznego horyzontu elektrycznego w położeniu pionowym jest oparty, tak jak i w sztucznych horyzontach pneumatycznych, na wykorzystaniu własności wahadła o małej bezwładności.

Wygląd zewnętrzny sztucznego horyzontu typu AGK-47B

1 — wskaźnik sztucznego horyzontu (sylwetka samolotu), 2 — wskazówka wskaźnika zakrętu,
3 — wskaźnik ślizgu, 4 — skala kątów wznoszenia i opadania, 5 — ruchomy wskaźnik linii horyzontu, 6 — pokrętło ustawiania ruchomej linii horyzontu, 7 — przycisk-mechanizmu blokowania

Na rysunku przedstawiono wygląd zewnętrzny sztucznego horyzontu elektrycznego typu AGK-47B.

Sztuczny horyzont elektryczny AGK-47B składa się z trzech przyrządów umieszczonych w jednej oprawie: sztucznego horyzontu, zakrętomierza oraz wskaźnika ślizgu — chyłomierza poprzecznego. Wskaźniki wszystkich trzech przyrządów są wyprowadzone na czołową stronę puszki i rozmieszczone w zestawieniu najwygodniejszym do obserwacji.

Girozespół sztucznego horyzontu stanowi wirnik zawieszony na przegubach Cardana. Wirnik obraca się z prędkością kątową około 20000 obr/min. Oś obrotu wirnika nie jest położona pionowo, lecz nachylona w kierunku lotu tak, że tworzy z pionem kąt 2° (rys. 4), dzięki czemu zmniejsza się błąd sztucznego horyzontu po wyjściu samolotu z zakrętu. Oś obrotu zewnętrznej ramki zawieszenia przegubowego położona jest poziomo, równolegle do poprzecznej osi samolotu. Oś obrotu obudowy wirnika jest równoległa do podłużnej osi samolotu. Takie usytuowanie osi umożliwia nieograniczony odczyt kątów pochylenia w zakresie O—360°. Wskaźnikiem sztucznego horyzontu jest sylwetka samolotu sprzęgnięta z obudową wirnika za pomocą przekładni zębatej o przełożeniu l : l. Prawidłowe położenie osi głównej wirnika utrzymuje się specjalnym urządzeniem korekcyjnym, umieszczonym na obudowie wirnika. Urządzenie korekcyjne (rys. 5) w horyzontach z napędem elektrycznym składa się z układu sterującego oraz członu wykonawczego.

Układ sterujący, zwany cieczowym czujnikiem pionu, pokazany na rysunku 6 spełnia rolę przełącznika korekcji, wywołuje zmianę wielkości prądów przepływających przez uzwojenia cewek. Jest to miedziane, hermetycznie zamknięte naczynie prawie całkowicie zapełnione płynem przewodzącym prąd elektryczny. Czułość czujnika pionu zależy od geometrii wykonania czaszy kulistej (rys. 6, l). Przy nachyleniu przełącznika o kąt ±30° opór obwodu między obudową a każdym z przeciwległych styków zmienia się proporcjonalnie do kąta pochylenia. Przełącznik jest pewnego rodzaju potencjometrem, który rozdziela prądy przepływające przez uzwojenia cewek członu wykonawczego. Powierzchnia cieczy jest prostopadła do kierunku wypadkowej siły bezwładności i siły ciężkości. Jeżeli czujnik jest pochylony tak jak pokazano na rysunku 6, to banieczka powietrza dążąc do zajęcia najwyżej położonej części wewnętrznej objętości naczynia zakryje jeden ze styków, zaś przeciwległy styk będzie całkowicie zakryty cieczą.

Członem wykonawczym urządzenia korekcyjnego (rys. 5) jest układ solenoidów, składający się z dwóch jednakowych cewek zasilanych prądem zmiennym z umieszczonymi w ich wnętrzu ciężarkami. Solenoid ma 2 uzwojenia ułożone z prawej i lewej strony od jego geometrycznego ośrodka. Moment korekcyjny jest wytworzony masą rdzenia wskutek jego przesunięcia od środka solenoidu; jego wartość zależy od wielkości przesunięcia rdzenia, a kierunek od tego, w którą stronę się przesunie.

Minimalny opór między kontaktami pokrytymi cieczą i korpusem wynosi 150 Ω, maksymalny ponad 5000Ω.

Układ wykonawczy jest umieszczony w górnej części girosilnika, jeden solenoid umieszczony jest równolegle do osi przyrządu, drugi równolegle do poprzecznej osi i wywołuje momenty korekcyjne działające wokół wewnętrznej osi układu Cardana.

Uzwojenia każdego solenoidu są podłączone do sieci, zasilane przez 2 przeciwległe do siebie styki przełącznika i tworzą cztery obwody elektryczne.

Opór każdego obwodu składa się z oporu uzwojenia solenoidu i oporu cieczy między kontaktami a obudową układu sterującego.

Natężenie pola magnetycznego wywołanego uzwojeniami jest maksymalne w geometrycznym środku solenoidu, dlatego rdzeń ustawia się w środku solenoidu. Statyczne wyważenie układu Cardana przeprowadza się przy położeniu rdzenia w środku solenoidu, to znaczy, że masa rdzenia nie wywołuje momentu względem odpowiedniej osi układu Cardana.

Konstrukcja sztucznego horyzontu AGK-47B

1 — czujnik korektora pionu, 2 — girosilnik sztucznego horyzontu, 3 — chyłomierz poprzeczny,
4 — styki doprowadzające prąd do girosilnika sztucznego horyzontu, 5 — pokrywa czołowa, 6 — korpus przyrządu, 7 — węzeł kardana sztucznego 8— girosilnik zakrętomierza, 9 — girosilnik zakrętomierza, 10 — mechanizm blokujący 11 — solenoidy

Schemat układu korygującego pionu giroskopowego

1 i 2 — styki, 3 i 4 — cewki, 5 — ciężarek, 6 — cieczowy czujnik pionu

 

Cieczowy czujnik pionu

1 — naczynie, 2 — pierścień miedziany, 3 — styki, 4 — tulejki izolacyjne, 5 — ciecz przewodząca prąd, 6—pęcherz powietrza

Moment korekcyjny jest tak skierowany, że wywołuje ruch precesyjny osi wirnika giroskopu do pierwotnego położenia. W wyniku zmiany znaku kąta pochylenia giroskopu ciężarek przemieszcza się w przeciwną stronę i znak momentu zmienia się na przeciwny.

Zatem korygowanie giroskopu jest układem typu „tak—nie”. Równoległe usytuowanie osi zewnętrznej układu Cardana do poprzecznej osi samolotu umożliwia pomiar kątów pochylenia od +90° do —90°.

Zakrętomierz konstrukcyjnie jest wykonany jako oddzielny, całkowicie zakończony podzespół i umocowany w tylnej części przyrządu AGK-47B. Oś obrotu silnika jest położona równolegle do podłużnej osi samolotu. Zakrętomierz reaguje na prędkość obrotu dokoła pionowej osi samolotu.

Wirniki girosilników sztucznego horyzontu i zakrętomierza są napędzane specjalnymi silnikami asynchronicznymi z wirnikami zwartymi. Chyłomierz poprzeczny — wskaźnik ślizgu wykonany jest jako wygięta szklana rurka; wewnątrz rurki wypełnionej cieczą tłumiącą jest umieszczona kulka. Wskaźnik ślizgu jest umieszczony w czołowej części przyrządu.

Przyrząd AGK-47B jest wyposażony w urządzenie blokujące przeznaczone do początkowego ustalania sztucznego horyzontu przy uruchamianiu przyrządu i do szybkiego usuwania błędów wskazań przyrządu, które mogą powstać w czasie wykonywania przez samolot akrobacji. Urządzenie blokujące składa się z trzech krzywek, popychacza, zatrzasku zatrzymywacza, roboczej i powrotnej sprężyny oraz elementu sygnalizacyjnego. W czasie wykonywania, akrobacji przez samolot sztuczny horyzont blokuje się. Napęd sztucznego horyzontu stanowi źródło prądu trójfazowego o napięciu 36 V i częstotliwości 400 Hz.
Omówiony sztuczny horyzont ma wskazania prawidłowe podczas obrotu samolotu o 360° w płaszczyźnie poziomej. Jeżeli w jakimkolwiek układzie oś główna w czasie akrobacji pokryje się z osią ramki zewnętrznej, to giroskop traci jeden stopień swobody i momenty działające wzdłuż osi zawieszenia spowodują obrót układu ruchem przyspieszonym, prowadząc do błędnych wskazań. W celu wyeliminowania tego zjawiska stosowano ograniczenie ruchu osi głównej względem osi ramki zewnętrznej.

Ponadto prawie we wszystkich sztucznych horyzontach tego typu kąt nachylenia osi wirnika giroskopu, wynoszący 2° (do przodu), wprowadzony jest w celu kompensacji błędów powstających w czasie zakrętów.

W prawidłowym zakręcie wykonanym z przechyleniem 20° z prędkością poziomą V = 400 km/h (dane z przeliczeń) błędy w przechyłach i przepadaniach prawych i lewych zakrętów nie przekraczają 2°, a maksymalny błąd w zakręcie z przechyłem 60° nie przekracza 4,5°.
Zwiększenie prędkości samolotu do V = 1000 km/h nie wpływa na zwiększenie błędów przechyłami zakręcie z przechyłami 60°.

W celu zmniejszenia liczby trących się kontaktów (przewodów doprowadzających prąd) urządzenie korekcyjne umieszczono na korpusie silnika giroskopu.


Podziel się tym wpisem

Twitter Delicious Facebook Digg Stumbleupon Favorites Więcej

Zostaw odpowiedź

Kanał YouTube

Flash Content