Демонстрационный гироприбор

(191 Ш) 059 0- 09 САН Н АВТОРСКОМ в,обы в М,С.иборы. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Казанский ордена ТрудовоКрасного Знамени и ордена Дрународов авиационный институтим. А.Н. Туполева(54)(57) ДЕМОНСТРАЦИОННЫИ ГИРОПРИБОР, содержащий гироуэел с грузом, корпус прибора с подшипниками, наружную раму с подшипниками и полуосями, кинематически связанными соответственно с полуосями гироузла и подшипниками корпуса прибора, датчик угла, кинематически связанный с осью гироузла, усилитель и датчик моментов, кинематически соединенный с осью наружнойрамы, о т л и.ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения демонстрационных возможностей, он имеет узелсигнализаторов, узел задатчиков кор-.рекции положения в пространстве итипа прибора, блок индикации, управляемый коммутатор, а корпус приборавыполнен в виде параллелепипеда, накаждой грани которого размещен соответствующий сигнализатор узла сигнализаторов, подсоединенного выходамик первым входам управляемого коммутатора, связанного вторым входом свыходом датчика угла, выходы узлазадатчиков коррекции положения впространстве и типа прибора подключе ны к третьим входам управляемого коммутатора, первые выходы которого связаны с входами блока индикации, причем второй выход управляемого комму-татора через усилитель соединен свходом датчика моментов.50 Изобретение относится к наглядным пособиям и может быть использовано для демонстрации и изучения гироскопических приборов.Известен демонстрационный гироприбор, содержащий гироузел с гру зом, корпус прибора с подшипниками, наружную раму с подшипниками и полуосями, кинематически связанными соответственно с полуосями гироуэла и подшипниками корпуса прибора, датчик 10 угла, кинематически связанный с осью гироузла, усилитель и датчик моментон, кинематически соединенный с осью наружной рамы (1) .Недостатком известного устройства 5 являются невысокие демонстрационные ноэ 1 ожности.Вельо изобретения является понышение демонстрационных возможностей.Поставленная цель достигается тем, что демонстрационный гироприбор, со 20 держащий гироузел с грузом, корпус прибора с подшипниками, наружную раму с подшипниками и полуосями кинематически связанными соответственно с полуосями гироузла и подшипниками25 корпуса прибора, датчик угла, кинематически снязанный с осью гироузла, усилитель и датчик моментов, кинематически соединенный с осьо наружной рамы, имеет узел сигнализаторов,30 узел эадатчикон коррекции положения н пространстве и типа прибора, блок индшации, управляемый коммутатор, а корпус прибора выполнен в виде параллелепипеда, на каждой грани ко торого размещен соответствующий сигналиэатор узла сигнализаторов, подсоединенного выходами к первым входам управляемого Коммутатора, связанного вторым входом с выходом датчика 40 угла, выходы узла задатчиков коррек.ции положения в пространстве и типа прибора подключены к третьим нходам управляемого коммутатора, первые выходы которого связаны с входами блока 45 индикации, причем второй выход управляемого коммутатора через усилитель соединен с входом датчика моментов .На Фиг, 1 и 2 представлена схема демонстрационного гироприбора; на фиг. 3 - блок-схема пульта управления и подключенных к нему датчиков; на Фиг. 4 - вариант электрической схемы гироприбора и пульта упранлегС ния; на Фиг. 5-8 - упрощенные схемы гироприборов, получаемых в процессе демонстрации гироприбора путем установки его корпуса на различные грани.Устройство состоит из гироуэла 1, в направлении оси ротора которого 60 может перемещаться груз 2. Гироуэел своими полуосями 3 и 4 с помощью подшипникон 5 и б устанавлинаются в наружной раме 7, которая своими полуосями 8 и 9 и подшипниками 10 65 и 11 устанавлинается н крышках 12 и13, являющихся основными элементамикорпуса прибора, Для наглядностидемонстрации крышки 12 и 13 выполнены Н-образной формы и крепятся винтами к четырем круглым стойкам 14.Посадочные (опорные) поверхностикорпуса - грани, на которые устанавливается прибор при демонстрации,образуются хорошо обработанные гранями А-Е обеих крышек, которые иобразуют прямоугольный параллелепипед. На опорных поверхностях крышекустановлены сигнализаторы, т,е, датчики, которые сигнализируют на какойграни находится прибор. В качествесигнализаторов использованы микроны-ключатели 15-20.С осью гироузла кинематическисвязан датчик угла, состоящий изротора 21 и статора 22, С осью наружной рамы кинематически связан датчик моментов, состоящий из ротора 23и статора 24. Лрретирующее устройствоФиксирует ось ротора (нектор кинематического момента Н) перпендикулярнограни Н и состоит иэ винта 25 и кулачка 26, который жестко закрепленна оси гироузла 1, Конструкция арретирующего устройства может быть произвольной. Кроме того, для осуществления арретирования со стороны кулачка 2 б наружная рама 7 имеет сквозное отверстие,Блок-схема соединения микровыключателей 15-20, статора 22 датчикауглов гироприбора, усилителя 27 цепикоррекции, задатчика 28 типа прибора, задатчика 29 коррекции положенияв пространстве и блока индикации 30с управляемым коммутатором 31 показана на Фиг, 3, Конструкцтинно задатчики 28 и 29, блок индикации 30, управляемый коммутатор 31 и усилитель27 можно объединить в один блок, на- .пример пульт управления, Входы коммутатора с первого по сецьмой являются сигнальными, а с восьмого по пятнадцатый - управляемыми,На фиг, 4 представлен один из вариантов электрической схемы гироприбора, соответствующий блок-схемеФиг. 3. В качестве задатчика 28 типаприбора применен галетный переключатель на семь положений (число положений ранно количеству гироскопических приборов, демонстрируемых однимгироприбором), в качестве эадатчика29 коррекции положения в пространствеприменен однополюсный выключатель.Блок индикации 30 имеет восемь световых табло (иыдикаторов), на которыхвысвечиваются названия семи гироприборов и рабочая информация, поясняющая, включена коррекция или нет.На схеме указаны только электрические лампочки 32-39 и надписи на табло, которых не видно, если лампоч.подсоединенного выходами к первымвходам управляемого коммутатора 31,связанного вторым входом с выходомдатчика угла, выходы узла Задатчиковкоррекции положения в пространствеи типа прибора подключены к третьимвходам управляемого коммутатора 31,первые выходы которого связаны свходами блока 30 индикации, причемвторой выход. управляемого коммутато - 0 ра 31 через усилитель 27 соединен свходом датчика моментов.Работа демонстрационного гиропри-.бора превращение его в различныетипы конкретных гироскопических при 15 боров путем установки его на соот-"ветствующие грани корпуса, фиг. 5-8)происходит следующим образом,Перед демонстрацией после наборагиромотором рабочих оборотов прибор20 надо разарретировать, для чего неободимо вывинтить винт 25. Тяжелый гироскоп, прецессирующийотносительно оси наружной рамки 5,25 .(Фиг. 5). Прибор устанавливают нагоризонтальную площадку гранью Аили Б, размыкают цепь коррекции вы,ключателем 29, а выключатель 28 ставят в положение ТГО (фиг. 4). При . З 0 этом срабатывает реле 40 и контакт47 замыкается, Так как при установкеприбора на грань А или Б замыкаетсямикровыключатель 15 или 16, то загорается лампочка 32, высвечивая световой индикатор "ТГ. В данном случаепрецессию вызывает моментМ == . см. Фиг. 5)М РДР Нсоэс углОвой скоростью40 Мр Р 1ЙНсоз45 50 М = РДсоВ с угловой скоростьюки не горят. для уменьшения разме-.ров световых индикаторов можно использовать сокращенные названия, например: ТГО - тяжелый гироскоп, прецессирующий вокруг оси наружной рамы, ТГ - тяжелый гироскоп, прецессирующий вокруг оси гироуэла, ГПК -гирополукомпас, ГИПУ - гироскопический интегратор продольных ускорений,ГДБУ - гировертикаль по схеме гирамаятника, ГВ-ГМ - гиромаятник - "волчок".Управляемый коммутатор 31 можнопостроить на миниатюрных электромагнитных реле. В схеме примененосемь реле 40-46 с одной парой замыкающих контактов 47-53 и одно многократное реле 54, которое имеет четыре пары размыкающих контактов 55-58и четыре пары замыкающих контактов59-62. Номера входов и выходов соответствуют обозначениям блок-схемы,фиг. 3. Гироприбор имеет гиромоторЬЗ, датчик угла индуктивного типаНа схеме показаны его статорные обмотки возбуждения 64 и сигнальные бВ качестве датчика моментов примененмоментный двигатель магнитоэлектрического типа, у которого ротор 23выполнен в виде постоянного магнита,а статор имеет обмотки управления 66Усилитель 27 осуществляет усиление сигнала переменного тока и преобразование его в постоянный (схемаего стандартна)Питание демонстрационного гироприбора осуществляетсяпеременным током напряжением 36 В,частотой 400 Гц и постоянным напряжением +27 В.На фиг. 5-8 приняты следующиеобозначения:Н - кинетический момент гироскопа;, Р - масса и вес груза 2;1 - смещение груза,- ускорение силы тяжести,К -, углы отклонения вектораН относительно осей наружной рамы 7 и гироуз.-ла 1;0- направление вертикали,М - момент груза.Плоскость, перпендикулярнаяОопределяет демонстрационную площадку, на которую устанавливают гироприбор.узел сигнализаторов состоит иэ 55микровыключателей 15-20.Узел задатчиков коррекции. положения в пространстве и типа прибораимеет эадатчик 29 коррекции положе-ния в пространстве и эадатчик 28 ти- Щпа прибора.При этом корпус прибора выполненв виде параллелепипеда, на каждой грани которого разМещен соответствующийсигнализатор узла сигнализаторов, 65 Тяжелый гироскоп, прецессирующий относительно оси внутренней рамки фиг. 6). Прибор устанавливают на грань В или Г, размыкают цепь коррекции выключателем 29, а переключатель 28 ставят в положение ТГ При этом срабатывает реле 43 и контакт 50 замыкается. Вследствие замыкания микровыключателей 17 или 18 загорается лампочка 35, высвечивая индикатор "ТГр". В данном случае прецессию вызывает момент Одновременно в этом случае демонстрируется выбиваемость гироскопаприсовмещении вектора Н с осью, наружнойрамкиГирололукомпас (фиг. 5). Прибор устанавливают на грань Ь или Б. Замыкают цепь горизонтальной коррекции выключателем 29. При этом сраба. тывает реле 54 и контактом 62 подключает обмотки 65 на вход усилителя 27 (фиг. 4), одновременно замыкается контакт 59. Переключатель 28 ставят в положение "ГПК". При этом реле 41 срабатывает и контакт 48 замыкается. При демонстрации ГПК необ ходимо показать работу азимутальной коррекции, компенсирующей вертикальную составляющую, Яз 1. и(,Й- Угловая скорость вращения Земли, Ч широта). Для наглядности 03 я 1 п 15 имитируют поворотной платформой (на пример, УПГ), которая вращается вокруг вертикальной оси ОЦ с угловой скоростью Я , значительно большей 0 , например Ип -- 2 /с. В этом 20й случае для гироскопа с Н = 1000 Гсм с потребуется момент азимутальной коррекцииМ = Н = 35 гсм,4 и 25Если Рг = 10 г, то Х = 3,5 см(данные параметры являются приемлемыми при демонстрации и остальныхприборов). При вращении платформыось гироскопа повторяет ее движениев азимуте, т.е. создается стабилизированное относительно вращающейсяплатформы направление, которое используется для отсчета аэимутальныхуглов,35Таккак при установке на граньА или Б замыкается микровыключатель15 или 16, то загораются лампочки33, высвечивая индикатор "ГПК".40Гироинтегратор продольных ускорений (фиг. 5), В этом случае прибор устанавливают так же, как ГПК, только на неподвижное основание.Продольное ускорение имитирует ускорение силы тяжести ц, а силу инерции - вес .груза Р = шК Коррекция поддерживает вектор Н перпендикулярно оси наружной рамки, При нарушении перпендикулярности сигнал с обмоток 65 (см. фиг. 3) поступает через замкнутый контакт 62 реле 54 на вход усилителя 27 и в виде напряжения постоянного тока подается на управляющие обмотки бб статора 24 датчика моментов. Протекающий через них ток 1, взаимодействуя с полем ротора 23, создает момент такого знака, чтобы восстановить нарушенную перпендикулярность, Угловая скорость 60 прецессии при этом определяется выражениемп 1 р 1ГН а. угол поворота пропорционаленшр 1 Н где 1 - время работы прибора,Ч. - скорость, которую приобрелбы прибор, если активные силы создали бы ускорение равное 6.Зная массу груза, его смещение, а также измерив Ж и 1, можно экспериментально определить величину ускоре ния силы тяжестиВ этом случае в блоке индикации 30 загорается лампочка 34, высвечи- вая индикатор "ГИПУ", Цепь ее питания составляется микровыключателями 15 или 16 и контактами 49 и 60, которые замыкаются при срабатывании реле 42 и 54.Гироскопический датчик боковых ускорений (фиг. 6). Для демонстрации датчика боковых ускорений гироприбор устанавливают на грань В или ГПереключатель 28 устанавливают в положение "ГДБУ", а выключатель 29 в положение "Вкл". Роль бокового ускорения при этом выполняет ускорение силы тяжести д, которое созда- ет момент М = и к 1 относительно осиГнаружной рамы 7. Гироскоп начинает прецессировать, и появляется угол, измеряемый датчиком углов (сигнал снимается с сигнальных обмоток 65 мутатора 22). Далее сигнал усиливается усилителем 27 и поступает на обмотки управления 66 датчика моментов, который создает момент, уравновешивающий маятниковый момент гироузлащГ 1 КЯи 1где Т - ток датчика моментов,.К - коэффициент крутизны датчика моментов.Таким образом, ток в обмотках управления пропорционален измеряемому уск 1 зрению (в данном случае ускорению силы тяжести)ш 1Я емТак как микровыключатеЛь 17 или 18 замкнут, то загорается. лампочка 36, высвечивая индикатор "ГДБУ" на блоке индикации 30. Одновременно, так же как при демонстрации ГПК и ГИПУ, на блоке индикации 30 загорается индикатор "Коррекция".Гировертикаль типа гиромаятника (фиг. о). Цепь горизонтальной коррекции размыкают выключателем 29, переключатель 28 устанавливают в положение "ГВ - ГМ", а гироприбор устанавливают на грань Д. Для демонстрации гиромантникового эффектаось ротора отклоняют от вертикалиц на несколько градусов, и она начинает двигаться по конусу с уменьшающимся углом при вершине (за счетсил вязкого и сухого трения в осяхподвеса гироуэла 1 й наружной рамки 7).При этом на блоке индикации 30загорается индикатор "ГВ-ГМ", цепьлампочки 37 которого составляетсямикровыключателем 19, установленнымна грани Д, контактами 52 и 57 реле45 и 54.Гиромаятник с верхней маятниковостью фиг. 7), Выключателем 29коррекцию отключают, переключатель28 устанавливают в положение "ГМ-В",а гироприбор - на грань Е. На блокеиндикации 30 загорается транспорант"ГМ-В", цепь питания лампочки 38которого составляется микровыключателем 20 контактами 53 и 58 реле46 и 54,При демонстрации такого приборанаблюдается постепенное увеличениеуглов колебания вектора Н, что подтверждает хорошо известный из теории гиромаятников факт - диссипация разрушает устойчивость верхнегогиромаятника.Демонстрационный гироприбор можно испольэовать для демонстрацииперед аудиторией принципа действиявышеназванных гироскопических приборов, для контроля знаний студентов при этом индикаторы могут ис- О пользоваться для оценки качестваответов), в качестве тренажера приизучении студентами принципа построения вышеназванных гироскопических приборов (правильность ответа 15 определяется по световым индикато-рам).Применение предлагаемого гироприбора позволяет сделать изучениесвойств гироскопа и принципа постро О ения определенной группы гироскопических приборов более наглядными доходчивым, а также способствуетразвитию инженерного мышления.Использование изобретения повы шает демонстрационные возможностиустройства.1080191 Составитель С. Аледактор Л. Веселовская ТехредМ.Гергель екса Корректор мчик Подписно ака Филиал ППП "Патент", и. Ужгород, ул, Проектная,б 4/51 ВНИИПИ Госу по делам 113035, МосквТираж 447арственного кизобретений и Ж, Раушс митета СССР откры."ий ая наб., д. 4