第16章电子仪表系统-2惯性导航系统

中国民航大学空管学院第十六章电子仪表系统惯性基准系统（IRS）第十六章电子仪表系统-惯性导航系统惯性导航系统主要是应用敏感元件陀螺和加速度计来实现的。利用惯性元件（加速度计）测量飞机相对与惯性空间的线运动和角运动参数，在给定的初始条件下，通过导航计算机的积分运算，确定飞机的姿态、方位、速度、位置，引导飞机沿区域导航航路飞行的领航系统。一、概述第十六章电子仪表系统-惯性导航系统在模拟地理坐标系的水平指北平台上沿坐标系各轴方向装三个加速度计，它们的三个测量轴是东向轴，北向轴和垂直方向轴(天轴)。飞机以任意向量加速运动时，便可测得东、北、天三个方向的加速度分量，然后通过力学分析和计算，就可得到所需要的所有导航参数。由于飞机的速度和位置是由测得的加速度经过积分而得到的，因此必须知道初始条件，如初始速度和位置。在静基座(地面)情况下，初始速度为零，初始位置为当地的经、纬度。1.惯性原理第十六章电子仪表系统-惯性导航系统①经纬度位置;②南北和东西向速度③俯仰角、倾斜角④高度、升降速度;⑤地速⑥真航向、磁航向等导航参数。2.功用可以测量出飞机的：第十六章电子仪表系统-惯性导航系统②三自由度①二自由度二、陀螺原理陀螺：是绕一支点高速旋转的物体。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统二、陀螺原理陀螺主要有两个基本特性：稳定性和进动性。1.定轴性当三自由度陀螺转子高速旋转后，若不受外力矩的作用，不管基座如何转动，支撑在万向支架上的陀螺仪自转轴指向惯性空间的方位不变，这种特性叫“定轴性”。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统定轴性第十六章电子仪表系统-惯性导航系统2.进动性进动性陀螺仪总是绕着与外力矩矢量相垂直的方向的转动，这一特性称三自由度陀螺的进动性。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统进动性第十六章电子仪表系统-惯性导航系统当陀螺受常值外力矩作用时，陀螺不在受力的平面上转动。当外力矩M矢量沿内框轴方向时，陀螺绕外框轴转动；相反，当外力矩M矢量沿外框轴方向时，陀螺绕内框轴转动。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统（1）地平仪（三自由度陀螺）地坪仪的测量原理三、陀螺仪表第十六章电子仪表系统-惯性导航系统功用：测量并指示飞机俯仰和倾斜角的姿态仪表。原理：自转轴与当地地平面垂直，利用陀螺的定轴性稳定了地平面，飞机相对该地平面的角度便是姿态角。但三自由度陀螺只有定轴性，并无自动定向性，加上陀螺的漂移，所以利用有自动敏感地垂线的单摆，作为敏感元件，控制陀螺自转轴与当地地垂线重合，即模拟了地垂线。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统地平仪第十六章电子仪表系统-惯性导航系统地平仪第十六章电子仪表系统-惯性导航系统第十六章电子仪表系统-惯性导航系统备用姿态仪（三自由度陀螺）第十六章电子仪表系统-惯性导航系统（2）转弯协调仪（两自由度陀螺）转弯仪①转弯仪指示飞机的转弯方向，粗略反映飞机转弯的快慢程度。①指示转弯方向；②指示转弯的快慢；③V一定条件下无侧滑转弯的倾斜角。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统②侧滑仪用来及时发现侧滑。侧滑仪是用单摆原理制成的，其敏感部分是一个小球，可在弯曲的玻璃管中自由滚动。管内装有透明的阻尼液(如甲苯)，对小球的运动起阻尼作用。侧滑仪一般与转弯仪安装在一起，配合使用。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统第十六章电子仪表系统-惯性导航系统（3）姿态指引仪第十六章电子仪表系统-惯性导航系统（4）陀螺罗盘三自由度陀螺仪的在惯性空间具有定轴性，将陀螺自转轴置于水平位置，并调整到指北方向，并以它作为航向测量基准，可以指示出飞机的航向。由于陀螺自转轴不能自动找北，只起到半个罗盘的作用，故称为陀螺半罗盘。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统陀螺半罗盘第十六章电子仪表系统-惯性导航系统航向指示器第十六章电子仪表系统-惯性导航系统RMI第十六章电子仪表系统-惯性导航系统陀螺磁罗盘磁罗盘具有自动定向的特性，但稳定性差；陀螺半罗盘有很好的稳定性，但不能自动定向。将磁罗盘和陀螺罗盘结合在一起构成陀螺磁罗盘，可以测量稳定的磁航向。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统磁罗盘通过感受地磁场来测量飞机的磁航向。磁罗盘的内部装有可以自由转动的磁条和固定在磁条上的0-360度刻度盘，而且刻度盘的0(N)-180度(S)线与磁条一致，让磁条的北极(N极)指向180度方向，南极(S极)指向0度方向。在磁罗盘的表壳上还固定有航向标线，它代表飞机的纵轴线位置。当飞机航向改变后，磁条和刻度环不动，表壳上的航向标线随飞机一起转动，相对于刻度盘转动一定角度。这样，航向标线在刻度盘上所对的刻度读数就是磁子午线与飞机纵轴在水平面上的夹角，即飞机的磁航向。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统磁罗盘第十六章电子仪表系统-惯性导航系统第十六章电子仪表系统-惯性导航系统优点：惯性导航系统不依赖任何外界信息来测量导航参数，因此不受天气或人为的干扰，具有很好的隐蔽性，是一种完全自由式导航系统。缺点：定位误差随时间而积累，长时间工作会产生超出允许范围的积累误差。此外，陀螺、加速度计、计算机的精度要求高。惯性导航系统的特点：第十六章电子仪表系统-惯性导航系统四、惯性基准系统惯性基准组件IRU(2个)-导航计算方式选择组件MSU(1个公用的)-提供系统方式选择功能;惯性系统显示组件ISDU(1个)-提供操作者与系统之间的联系;数模转换器DAA(2个)-将接收到的数字输入信号转换成模拟信号输出;在有的飞机上将惯导系统和大气数据系统综合到一起，形成大气数据惯性基准系统(ADIRS)。1.IRS组成第十六章电子仪表系统-惯性导航系统（1）惯性基准组件完成惯导系统的角速度、加速度测量和导航解算任务。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统（2）方式选择组件方式选择电门有：OFF-断开；ALIGN-对准；NAV-导航；ATT-姿态。用于选择IRS的工作方式，并可显示其工作或故障状态。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统对准(ALIGN)通告牌（白色）——IRU在对准期间，该灯稳亮。当系统存在一些情况需要提醒操作者注意时，“ALIGN”灯闪亮；直流供电(ONDC)通告牌（琥珀色）——当IRU失去115伏400HZ交流电源，IRU使用28V备用电瓶供电时，该通告牌亮。它只能向右IRU供电5分钟。电瓶故障(DCFAIL)通告牌（琥珀色）——当飞机电瓶电压低于18VDC时，“DCFAIL”灯亮。故障（FAULT）通告牌（琥珀色）——当IRU内部有故障存在时，“FAULT”灯亮。①通告牌第十六章电子仪表系统-惯性导航系统第十六章电子仪表系统-惯性导航系统②方式选择开关惯性基准系统的工作方式为对准方式、导航方式、姿态基准方式和断开方式。（1）校准方式(ALIGN)当MSU选择在ALIGN方式时，IRU通电并需要大约10分钟进行正常对准程序。校准：就是系统建立或寻找当地的地垂线和确定当地的真北方向。即根据地球自转和重力特性而对准到当地地垂线和真北方向上，并估算当地纬度。在对准完成前，必须引进现在位置。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统当系统完成对准(ALIGN)并顺利通过时，将方式选择电门放到导航位(NAV)，系统将自动进入导航方式，进行独立的惯性计算。（2）导航方式第十六章电子仪表系统-惯性导航系统快速对准当IRS正常对准后，由于起飞延误，滑行等待，可以重新对准。快速校准的方法是:MSU开关由NAV位转回到ALIGN位，时间大于30秒后，再转回到NAV位。这时ALIGN灯亮，系统重新进行水平和航向调整，速度调为零，当开关又重新拨回到NAV位时，ALIGN灯熄灭。快速校准的先决条件是:IRS在正常工作，MSU开关已在NAV位；地速（GS）小于20KT（海里/小时）。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统放在ATT位时，IRU进入姿态方式。姿态方式是备用工作方式，只有在下列条件使用ATT方式：飞行中，工作在NAV方式，监控系统探测到某些故障，MSU上FAULT灯亮。短航线飞行（或其他原因）不需要NAV方式时，不需要提供地速、位置、航迹等其他导航数据。在姿态基准方式，惯性基准系统只提供飞机的俯仰角、倾斜角和航向(角)。在引进磁航向基准时，可提供磁航向。注：一旦转到ATT位，再转到ALIGN/NAV无效，除非在地面断电（OFF）后，飞机静止条件下由ALIGN顺序进行。（3）姿态（ATT）方式第十六章电子仪表系统-惯性导航系统（4）断开方式（OFF）将方式选择开关置OFF位即断开位置时，经过30秒延时后，除了保持断开逻辑电路的电源外，IRS的全部供电电源均被断开，IRS系统不能工作。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统（3）惯性系统显示组件惯性系统显示组件（ISDU）提供机组与IRU之间的联系，主要用来做数据引进、系统状态通告、导航信息选择显示。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统第十六章电子仪表系统-惯性导航系统显示选择：控制左、右显示窗上导航数据的显示：TK/GS——航迹角/地速；PPOS——飞机当前位置的经、纬度；WIND——风速和风向；HDG/STS——航向/状态；TEST——提供测试信号给选择的IRU；BRT——调节显示窗的亮度。系统显示电门选择左或右IRU在显示器上显示计算的导航参数。当显示选择电门在测试位时，可选择需要测试的IRU。第十六章电子仪表系统-惯性导航系统（4）数模转换器“HONZYWELL”生产的DAA是IRS的组成部件之一，它与其它飞机系统相联，以处理与IRS状态无关的信号。