电罗经指北原理

第一章陀螺罗经指北原理第一节陀螺仪一、陀螺仪的结构陀螺仪是高速旋转的对称转子及其悬挂装置的总称。三自由度陀螺仪由转子、两个相互垂直的内环和外环以及基座组成。转子绕自转轴高速旋转，内环（水平环）通过水平枢轴支承在外环上，内环连同转子可以绕此水平轴在高度上做仰俯运动。外环（垂直环），通过轴支承在基座上，外环连同内环及转子一起可绕此垂直轴在方位上运转。（如图所示）OxyzYZX二、陀螺仪的特性1.定轴性当高速旋转的转子不受外力矩作用时，则转动三自由度陀螺仪基座，而转子的主轴OX不随基座一起转动，而是保持其初始方向不变2.进动性陀螺仪主轴的动量矩（H）矢端受外力矩的情况下，以捷径趋向外力矩（M）矢端做旋进运动（如图所示）•可以利用右手定则来标示角速度伪向量的正方向。原则如下：•将右手大拇指与四指垂直，四指顺着转动的方向朝内弯曲，则大拇指所指的方向即是角速度向量的方向'YZXHFMy•进动角速度（w)、动量矩和外力矩三者之间是互相垂直的，进动角速度的方向(和大小取决于动量矩和外力矩的方向和大小。•Wpz=My/H-Wpy=Mz/H•Wpy和Wpz是陀螺仪相对于宇宙空间的绝对角速度在OY和OZ轴上的分量。YXZMywpywpzMzMxHOMxYXZMywpywpzMzHOMxYXZMywpywpzMzHOMxYXZMywpywpzMzHOMxYXZMywpywpzMzHOMxYXZMywpywpzMzHOMxYXZMywpywpzMzHOMxYXZMywpywpzMzHOMx三、自由陀螺仪的视运动地球自由陀螺仪主轴的视运动位于赤道上的视运动1）自由陀螺仪主轴水平放置，并东西指向时（主轴相对子午面垂直），地球自转一周，则陀螺仪主轴相对于宇宙空间指向不变，但陀螺仪主轴绕相对于子午面平行的轴旋转一周（如图A）2）自由陀螺仪主轴水平放置，并南北指向时（主轴相对子午面平行），则陀螺仪主轴相对于宇宙空间指向不变，但陀螺仪主轴相对子午面和水平面保持方位不变（如图B）三、自由陀螺仪的视运动•图APNABCDEFGH东西东西东西东西东西东西西东东西地球自转w•图BPN东西东西东西西东0h6h12h18hw地球自转位于两极的视运动1）自由陀螺仪主轴水平放置（主轴相对子午面平行），地球自转一周，则陀螺仪主轴相对于宇宙空间指向不变，相对地球子午面方位变化360度。（如图A）2）自由陀螺仪主轴垂直于水平面放置（主轴与地轴重合），地球自转一周，则陀螺仪主轴相对于宇宙空间指向不变，相对地球子午面方位不变。（如图B）•图BPN0h6h12h18hw地球自转•图B东西PN位于北纬的视运动•自由陀螺仪主轴水平放置在北纬y处（空间A1），并南北指向（主轴相对子午面和水平面平行）。地球绕地轴自转一段时间后，陀螺仪随地球转至空间A2点，则陀螺仪主轴相对于宇宙空间指向不变，但陀螺仪主轴a端相对于子午面向东偏离方位角a,主轴b端相对于子午面向西偏离方位角a。陀螺仪主轴a端相对于水平面向上升高角q,主轴b端相对于水平面向下下降角q（如图A）图AA1A2aqX子水水子赤道PSPNwe位于地球表面任意位置的自由陀螺仪视运动分析1）地球自转角速度在地球表面水平分量和垂直分量：•地球表面北纬y处A点的角速度与地球绕地轴自转角速度we相同.水平面绕SN轴转动：东降西升。子午面绕AZ0轴转动：在北纬，北半平面自东向西，南半平面自西向东；在南纬，北半平面自西向东，南半平面自东向西。（如图）•其水平分量:w1=we×cosy（控制子午面的角速度，赤道子午面角速度为零，两极最大）•其垂直分量:w2=we×siny（控制水平面的角速度，赤道水平面角速度为最大，两极为零）图A子午面水平面赤道PSPNweSNZ0YYwew1w2EWA变自由陀螺仪为陀螺经的方法•要使自由陀螺仪主轴在地球上能指示固定的地理方向，旧必须设法抵消因地球自转而产生的视运动的影响，使主轴能够找北，并稳定在子午面内。因此利用作用于陀螺仪上控制力矩所引起的主轴进动，即产生与地球自转角速度其垂直分量w2相同的角速度，则主轴子午面同步（如图A）。通常有两种获得力矩的方法有：直接控制法和间接控制法。若让陀螺仪的重心与支架点在垂直方向上不重合，则一旦主轴偏离子午面，必然也要偏离水平面，这时地球的重力将直接起作用而获得控制力矩，这种控制力矩称重力，该方法称直接控制法。由专门的电磁摆来敏感主轴相对于水平面的倾角，并因此而产生相应的电磁摆信号去控制陀螺仪上的力矩器，从而产生控制力矩，称其为电磁控制力矩，该方法称间接控制力矩。图Awpzw2ZSNHFMyXYEW1)下重式罗经的重力控制力矩•制造陀螺球时，使陀螺球的重心G低于其几何中心O8毫米，如图。OHGa•将下重式陀螺球呈水平东西指向放置在地球赤道上，如图所示，当地球自转一定角度时，由于陀螺仪主轴的定向性，主轴保持空间指向不变，则主轴正端相对水平面上升高度角q，于是重力mg相对陀螺球心产生沿OY轴的力矩My。陀螺球在力矩My的作用下，其正端将向My方向旋进。方位角逐渐变小，向子午面北端靠拢，即找北。•．PNA1A2东西地球自转we西东XXHHZZ0Z0ZOOmgmgGGq2）液体连通器罗经重力力矩•在平衡陀螺仪主轴南北两侧挂上由液体连通器，连通器内盛有粘性较大的甲基硅油（如图）HXR