3测量飞机航向的仪表航向仪表及系统

第三部分测量飞机航向的仪表及系统1、磁罗盘：功用、基本原理、飞行误差2、陀螺半罗盘：功用、基本原理、误差及校正3、罗盘系统：定义、组成及使用一、地磁与航向(一)地磁1、地球磁场北磁极：北纬74.9°、西经101°南磁极：南纬67.1°、东经142.7°与地理极不重合，磁力线与地平面不平行。2、磁倾地磁强度T：水平分量H=TCosθ（地磁水平分量的方向线称为磁经线或磁子午线）垂直分量Z=TSinθ磁倾θ：地磁强度与水平面的夹角。（磁纬度）3、磁差磁差：磁经线偏离真经线的角度。正磁差－磁经线北端偏在真经线北端(简称真北)以东；负磁差－磁经线北端偏在真经线北端以西。4、磁差特点：（1）各地磁差不相同（查航空地图）；（2）磁性矿藏影响大（增加飞行高度）；（3）随时间变化（年变率，查航空地图）；（4）受磁暴影响（时间不长）。（二）飞机磁场飞机磁场：飞机上的钢铁物质和工作着的用电设备所形成的磁场。罗经线：飞机磁场水平分量与地磁水平分量的合成磁场方向线。罗差：罗经线与磁经线之间的夹角。正罗差：罗经线北端偏在磁经线北端(简称磁北)以东。负罗差：罗经线北端偏在磁经线北端以西。(三)航向--飞机纵轴与经线在水平面上的夹角1、真航向飞机纵轴与真经线在水平面上的夹角。2、磁航向飞机纵轴与磁经线在水平面上的夹角。真航向=磁航向＋(±磁差)3、罗航向：飞机纵轴与罗经线在水平面上的夹角。磁航向=罗航向+(±罗差)二、磁罗盘功用：测量飞机的罗航向。(一)原理利用自由旋转的磁条跟踪罗经线的特性来指示飞机的罗航向。(二)基本结构罗牌、罗盘油、外壳和航向标线、罗差修正器等罗牌：敏感部分（保持水平，重心通常偏在支点的南面）。罗盘油：增加阻尼和减小罗牌对轴承的压力。罗差修正器：抵消飞机磁场影响，减小罗差罗差修正器：抵消飞机磁场影响，减小罗差结构两对小磁条修正方法E—W抵消纵轴方向磁场,减小东西罗差；N—S抵消横轴方向磁场,减小南北罗差（由机务人员按规定的时间进行）。(三)磁罗盘的误差磁罗盘具有罗差和飞行误差。1、罗差查剩余罗差曲线卡片磁航向=罗航向+剩余罗差表中：横坐标－罗航向，纵坐标－剩余罗差2、飞行误差（1）俯仰倾斜误差飞机俯仰、倾斜时，飞机磁场垂直分量引起的误差。措施：平飞时判读；将罗盘或磁传感器安装在飞机磁场较弱的地方。（2）加速度误差飞机加速时，由惯性力、地磁垂直分量和飞机磁场垂直分量引起的误差。特点：东西磁航向误差最大；南北磁航向误差最小。措施：匀速飞行时判读（3）涡动误差飞机转动时，敏感部分受到罗盘油的阻尼力矩作用而引起的误差。（最大可达数十度）措施：飞机改平15～20秒后，判读航向。（4）转弯误差飞机转弯时，惯性离心力使罗牌倾斜，从而受地磁垂直分量作用而产生的误差。转弯误差特点：a.在0°磁航向附近，表少指。(在北半球,下同)b.在180°磁航向附近，表多指。转弯时的倾斜角越大，误差越大。（如在上海地区用30°坡度转弯时，误差可达27°）c.在90°和270°磁航向转弯时向南转弯γ＝γ临时，指示任意方位；式中：γ临（临界倾斜角）＝90°－θγ＜γ临时，指示正确；γ＞γ临时，误差180°。磁倾越大，临界倾斜角越小。（如，在广州，磁倾约为32°，临界倾斜角为58°；在北京，磁倾约为57°，临界倾斜角为33°）向北转弯瞬间，无误差。修正措施:转弯后航向在90°～０°～２７０°范围内时，应提前改出转弯；在90°～１８０°～２７０°范围内时，应延迟改出转弯。（在南半球，转弯误差有什么特点？）（四）使用特点1、在主用罗盘失效后使用（备用仪表）。2、匀速平飞时判读航向；如罗牌摆动，读数取平均值；转弯时，注意修正转弯误差。3、在磁矿区，磁罗盘误差很大。增加飞行高度，可减小误差。4、在两极地区，由于地磁水平分量小，磁罗盘不能准确指示航向。5、要利用磁航向进行领航计算，应修正剩余罗差。三、陀螺半罗盘(derectionalgyro)功用:测量飞机转弯角度；经过校正，测量飞机航向。（为什么要校正呢？）（一）原理利用两自由度陀螺的稳定性建立方位基准，从而测量转弯角度和航向。(1)测量飞机转弯角度结构:两自由度陀螺、刻度盘、航向指标、水平修正器和方位修正器等。两自由度陀螺外框轴与飞机立轴平行；自转轴保持水平；航向指标固定在表壳上，代表飞机纵轴。基本原理：航向指标相对于刻度盘的转角，表示飞机转弯角度。(2)测量飞机航向一个要求：自转轴需跟踪子午线。两个问题：A、方位修正（地球自转，子午线相对运动；飞机运动，自转轴相对运动。）B、水平修正，使自转轴保持水平。采用方法：初始校正，自动修正＋人工定时校正。基本原理：把自转轴(刻度盘0°～１８０°连线)校正并稳定在经线(真经线、磁经线等)方向上，航向标线指示的角度即是航向角。例如，测量真航向：(1)使用前，必须使自转轴与起始点真经线方向一致；(2)飞行过程中，由于地球自转必须使自转轴随起始点真经线在惯性空间一起转动；(3)飞行过程中，由于飞机位置不断改变，所在点经线也不断改变，因此还必须使自转轴随时转到飞机所在真经线方向上。水平修正（利用水平修正器）方位修正：∵自转轴与起始点经线的相对运动（即表观运动）ω′f=ωesinφ飞机所在经线与起始点经线的相对运动（即飞机运动）ω″f=Vsinψtgφ/Re式中：V—飞行速度，严格地说是地速；ψ—真航向；Re—地球半径，严格地说，应包括飞行高度。∴方位修正速度ωf=ωesinφ+Vsinψttgφ/Re（二）结构两自由度陀螺、指示部分、修正器和上锁机构等(直读半罗盘利用配重沿内框轴方向的重力矩，作为方位修正力矩。但是，配重是按某一纬度设计的，如果纬度不同，会产生误差。)结构（方向仪之二）（三）误差自走误差：陀螺自转轴相对地球经线运动而产生的误差，它包括纬度误差、速度误差和机械误差。1、纬度误差由于地球自转引起陀螺方位偏离后，若给定的方位修正角速度不能按飞机所在纬度的变化而自动进行调节，则要引起误差，这种误差称为纬度误差。例如，陀螺半罗盘具有根据北京地区的纬度（约为40°）给定的常值方位角速度，那末在广州地区(纬度约为23°)，纬度误差积累的速度为3.78°/小时。2、速度误差用陀螺半罗盘测量真航向(或磁航向)时，若仪表没有对飞机运动引起的自转轴方位偏离进行修正而产生的误差，称为速度误差。飞行速度越大，误差越大。例如，飞机在北京上空向东平飞，速度为800公里/小时，速度误差为6°21′/小时。3、机械误差机械误差是指陀螺静平衡不良(重心偏离支点)、轴承摩擦等机械原因使自转轴进动，偏离经线，从而产生的误差。（四）使用特点1、稳定性好，不受外界磁场影响，可以在加速、转弯、盘旋时，在强磁地区或高纬度地区使用。2、测量转弯角度1）转弯前校航向，转弯中根据航向差计算转弯角度。2）转弯前先调零，转弯中指示转弯角度。3、测量航向起飞前先校航向；飞行中，每隔一定时间（根据飞行手册）重校。4、如果陀螺飞转，有上锁机构的，应柔和上锁，然后再开锁。四、罗盘系统(CompassSystem)1、定义由两种或两种以上原理不同的罗盘组成的测量飞机航向的系统，称为罗盘系统。(一)概述2、功用测量飞机的航向信息，送往RMI和HSI上进行指示，并送往机上的其它设备。3、工作方式DG(FREE)＋MAG(SLAVE)（二）组成1、磁传感器2、方位陀螺3、控制板4、指示器5、转换电门（二）组成磁传感器方位陀螺控制板HSIRMI二、组成及各部分介绍转换电门二、组成及各部分介绍二、组成及各部分介绍（三）原理工作在“SLAVE”方式时磁传感器测量出飞机磁航向，然后自动校正方位陀螺，反映磁航向；同时，利用陀螺稳定性减小磁传感器的飞行误差，最后控制指示器指示出磁航向。罗盘系统的工作相当于一个陀螺磁罗盘；工作在“FREE”方式时罗盘系统的工作相当于一个陀螺半罗盘。（四）使用特点1、通电前，HDG或COMPASS警告旗出现。2、通电后，当警告旗收上时，指示器指示正确航向。3、飞行中，转换电门常至于NORMAL位。4、若1＃罗盘系统失效后，应将转换电门置于BOTHON2位。5、若2＃罗盘系统失效后，应将转换电门置于BOTHON1位。6、若两套罗盘系统均失效，使用磁罗盘。磁罗盘利用自由旋转的磁条自动跟踪地球磁场的特性来测量飞机的航向。当飞机沿纵轴方向有加速度时，将引起磁罗盘的指示出现误差。在北半球，飞机加速时，磁罗盘指示北转弯；减速时，磁罗盘指示南转弯；速度恒定时，磁罗盘恢复正确指示。飞机在东、西磁航向上该误差最大，越接近南北磁航向，该误差越小，在南、北磁航向上为零。以上情况可概括为“ANDS”(加速北、减速南)。飞机转弯时，磁罗盘将产生转弯误差。飞机在0（或180）磁航向上，若向东或西转弯时，该误差最明显，因此转弯误差也称为北转误差。离磁极越近，误差越大。在磁赤道上，转弯误差为零。在北半球飞行，如果不考虑飞机惯性，转弯后航向在900270范围内，应提前改出转弯，在90180270范围内，应延迟改出转弯。小结磁罗盘陀螺半罗盘又称陀螺方向仪，是利用两自由度陀螺的稳定性工作的仪表。用于测量飞机的转弯角度，经人工校正后可指示飞机航向。陀螺半罗盘没有自动寻北能力。陀螺半罗盘上有一调整旋钮，推入并转动调整旋钮可以转动刻度盘。用陀螺半罗盘指示航向时，可用该旋钮来调整刻度盘的0-180°与经线一致。陀螺自转轴相对地球经线运动将使陀螺半罗盘指示的航向产生误差，该误差称为自走误差。误差的大小与纬度、飞机的飞行速度等因素有关。例如:当飞机所在纬度为30°，飞行速度为1200公里/小时，航向为90°时，陀螺半罗盘的速度误差约为6°/小时。因此飞行中每隔一段时间（依飞行手册而定）应参照磁罗盘对陀螺半罗盘进行校正，以消除这段时间积累起来的自走误差。飞行中校正时，飞机应处于平直匀速飞行状态，以保证磁罗盘的指示正确。罗盘系统由两种或两种以上工作原理不同的罗盘所组成的测量飞机航向的系统称为罗盘系统或航向系统。罗盘系统有“MAG（磁）”（或“SLAVE”（伺服））和“DG（陀螺）”（或“FREE”（自由））两种工作方式。工作在“SLAVE”方式时，罗盘系统的工作相当于一个陀螺磁罗盘；工作在“FREE”方式时，罗盘系统的工作相当于一个陀螺半罗盘。通电前，罗盘系统指示器上的“HDG”（航向）警告旗出现。通电后，方位陀螺达到正常转速时，指示器上的航向警告旗消失。飞行中，一旦罗盘系统故障，相应的指示器上会出现航向警告旗，表明航向指示不可靠。