Тренажер операторов гироскопических приборов

(19) 1) 4 С 09 В 19/О АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ рудовогона Дружбы нтут ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Казанский ордена ТКрасного Знамени и орде а- родов авиационный инстиим. А,Н. Туполева(56) Авторское свидетельство СССР У 446897, кл. 6 09 В 9/00, 1973.Авторское свидетельство СССР У 1125221, кл. С 09 В 9(00, 1983, (54) ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРОВ ГИРОСКОПИ. ЧЕСКИХ ПРИБОРОВ(57) Изобретение относится к техническим средствам обучения свойствам трехстепенного гироскопа. Цель изобретения - расширение дидактических возможностей тренажера, что состоит в расширении возможных движений гироскопа эа счет увеличения объема учебной информации. В блок ввода , учебной информации дополнительно введены блоки задания внешних силовых воздействий и кинетического момента гироскопа. Логический узел, к которому они подключены, дополнен блоками элементов И и ИЛИ, которые с имеющимися узлами логического сложения и совпадения, а также с соответствующими узлами задатчиков блока учебной информации соединены на основанииФ правил прецессии и гироскопического момента, Кроме того, для управления движением оси ротора гироскопа задатчик кинетического момента подключен к блоку имитации движения оси ротора гироскопа. Работа на тренажере заключается в решении задач на свойство прецессии гироскопа и "правило гироскопического момента", При правильном решении имитируется движение оси ротора "бегущим огнем". При этом имитируются все возможные траектории (всего 16 траекторий), которые возникают от действия постоянных моментных или силовых внешний воздействий.3 ил.124 1277Изобретение относится к тренаже-им рам для обучения операторов, в ос човном гироскопии, а именно свойстме . вам трехстепенного гироскопа.Цель изобретения - расширение 5 модидактических возможностей тренажера мяНа фиг, 1 изображена структурная че схема устройства на фиг.2 - перед- ца няя панель тренажера, на фиг.3в возможное схеглное решение для ими - 1 О и тации движения оси ротора гироскопа нь ,и для отображения параметров изучае- вь мого объекта. вь Тренажер состоит из узла 1 задания внешних воздействий гироскопа, который, в свою очередь, состоит из блока 2 задания внешних моментных воздействий - моментов М в .М и бло 4ка 3 задания внешних силовых воздействий - сил Г , 1=1-тп (минимальное количество сил равно восьми, т.е.ш=8, можно вводить больше сил, но уже действие их будет эквивалентно одной из восьми сил, приведенных на фиг.1), блока 4 задания угловых скоростей прецессии - Б, -Ъ ,причем задатчики блока 4 должны быть реализованы так, чтобы можно было устанавливать суммарную угловую скорость прецессии относительно двух осей одновременно, например ЙЯ ,блока 5 задания гироскопических моментов М, -гМ блока б задания кинетического момента гироскопа (Н, или Н), Предполагается, что задатчики построены на галетных переключателях, причем блок 4 выполнен на двух раздельных переключателях, Задача задатчиков - выдавать управляющие сигналы. Индикаторы внешних моментных возцействий М-М 4, внешних силовых воздействий Р , и = 1-8, угловых скоростей пре- Ц У 9цессии Ь 3- 24,гироскопических моментов М,-М 4, кинетических моментов гироскопа (гиромотора) Н, и Нможно выполнить в виде стрелок, подсвечиваемых лампочками. Все индикаторы объедииены в блок 7 индикации (функционирования задатчиков), а все блоки 2-7 образуют узел 8 ввода учебной информации. Логический узел 9 имеет двадцать один вход, восемь выходов и включает в себя блок 10 элементов И, имеющий восемь элементов И 11- 18, блок 19 элементов ИЛИ, имеющий четыре элемента ИЛИ 20-23, блок 24 элементов И, имеющий четыре элемента И 25-28, блок 29 элементов И,еющий четыре элемента И 30-33,блокэлементов ИЛИ, имеющий четыре элента ИЛИ 35-38.Коммутатор (не обозначен) узла 9жно построить на реле 39 с четырьгруппами контактов 40 на переклюние При этом будет считать двадть первый вход узла 9 управляющимходом коммутатора, а входы с триадцатого по шестнадцатый - сигнальми входами коммутатора. Сигнальнымгходам коммутатора соответствуютходы, связанные с переключающимиконтактами 40.,Восемь выходов узла 915 соединены о восемью входами имитатора41 гироскопа (движения оси роторагироскопа) де:вятый вход которогосоединен с ы;:годом блока 6,На черт;е кснтакты 40 изображены в обесточенном состоянии репе 39,что соответствует установке блока 6в положение Йпричем блок 6 выдаетуправляющий сигнал в узел 9 и блок41 при задании Й, (можно подачу25 управляющего сигнала связать с заданием Н). Правильность ответа ин;.ицирует блок 42 отображения учебнойинформации (параметров изучаемогооб.ьекта).ЗО Гироскоп, представленный на фиг.2кинематической схемой, состоит из гигоузла 43 (гиромотор и внутренняярама), помещенного в наружную раму44. Ротор гиромотора может вращаться.5.либо против часовой стрелки (кинетичес.кий момент Н, ), либо по часовой стрелке (кинетический момент Н 2 ).При изучении свойств гироскопа возможны следующие угловые скорости дви 4 О жения кинетического момента: Сд.,л СдПри этом кинетическому моменту Н 45соответствуют траектории 45-52, а кинетическому моменту Н, - 53-60.Траектории являются дугами окружности,и движение по ним можно имитировать"бегущим огнем" - последовательнозагораемыми и гаснущими лампочками.В нижней части передней панели расположены блоки 2-6, а также тумблер61 питания и тумблер 62 "1 уск-Сброс".Блок 3 создает два типа силовыхвоздействий: первая группа - силы Р, У Р 2 э Р 4, Р, э которые Обеспечиваютугловую скорость прецессии только относительно одной оси, и вторая груп1241277 3па - силы Р Р , Р , Р , которые создают прецессйю относйтельно двух осей одновременно.- На фиг.3 представлено одно из возможных схемных решений блока 41, который по сигналам узла 9 и блока 6 вырабатывает "бегущий огонь", вычерчивающий на кинематической схеме гироскопа траектории движения вектора Н или Й, . Состоянием схемы уп- О равляют реле 63-72 и генератор 73, который можно построить на реле 74 с параллельно включенными им конденсаторами 75. При этом в цепи верхнего реле находятся контакты нижнего по 5 схеме реле, а в цепи каждого пдследующего реле - контакты предыдущего реле.Так как для имитации движениявекторов Н, и Й, необходимо шестнад цать траекторий, то потребуется шестнадцать гирлянд. лампочек, номерам которых присвоим для удобства номера траекторий, приведенных на фиг. 2. Центральные лампочки, общие для групн 25 из восьми гирлянд, обозначим 76 для Н и 77 для Н, . Для развязки по питанию цепей с лампочками последовательно с ними включены диод 78.Блок 42 включает в себя реле 79 30 с соответствующими контактами. Реле и их контактам присвоены одинаковые номера.После включения.в сеть устройство позволяет решать следующие 35 задачи.Задачи на правило прецессии.По заданному внешнему моментному М, Е = 1-4 найти угловую скорость прецессии са д = 1-4 или 4 О по заданному внешнему силовому воздействию Р,= 1-8 найти результирующее движение гироскопа, т.е. либо Й либо (о;Й,3. ф , д 1 = 1-4 (прямая задача)45 По заданному движению гироскопа,представленному Р; или 2; И,3 у1-4, найти моментное М или си-ловое Р воздействие на гироскоп(обратная задача). Задачи на гироскопический момент.По заданной угловой скорости прецессии д найти гироскопический момент М (прямая задача),55По заданному гироскопическому моменту М определить угловую скорость прецессии ; (обратная задача). 4аждая йз перечисленных задачможет решаться при кинетическом моменте Н, или Й,.Расширение возможностей тренажасостоит в расширении спектра внешнихвоздействий и в возможости реверсировать вращения гиромотора путемзадания Н, = -НДля пояснения работы устройстварассмотрим решение на стенде характерных задач,Задача 1. По заданному силовомувоздействию, например Р , и при кинетическом момента Н определитьдвижение оси ротора гироскопа (вектора Н ).После подачи питания на тренажер(в данном случае27 В), выключатель 61 в положение ВКЛ) задатчикблока 3 устанавливаем в положениеР задатчик блока 6 - в положениеЙ, задатчики блоков 5 и 2 - в нулевое положение (фиг.1 и 2). На передней панели загорается индикатор Й, иР,Чтобы найти движение оси гироскопа (вектора Й) заменим действиеР, эквивалентными моментами воздействиями (в данном случае М +М,).Применяя к каждой компоненте М и М,правило прецессии, определяем, чтоЙ будет двигаться с суммарной угловой скоростью У,окоторую устанавливаем на двух переключателях блока 4 (верхний в положение Ра нижний - в положение Я ). Так как реле39 (см.фиг.1) обесточено и контакты40 находятся в положении, представленном на схеме, сигналы Я, и Й(положительные или нулевые потенциалы, что определяется типом элемента И и ИЛИ), будут поданы на .элементы 11, 18 и 15, 14 и на элементы 25-28.Из восьми элементов И только элемент 27 пропускает сигнал на элемент 32. На другой вход элемента 32поступает сигнал с блока 3; Элемент32 при наличии двух входных сигналоввыдает управляющий сигнал в блок41, где срабатывает реле 65 и своим замыкающим контактом 65, подготавливает цепь срабатывания реле71, а контактом 65- цепь питаниягирлянды (на фиг.3 не показана)лампочек 50.,Соответствие номера.гирлянды и реле взаимооднозначно:для Й -45-70,-д, 46-67 - Я; 4769 - ы.) 48-68 - Я 4, 49-63 - ( ,+Р,);50-65 - (сд, +(4); 51-64 - Я+ Р,);52-66 - Я + й ) для Н, - 53-69 - У 1, 54-ЬЬ - у; 55-70 - сд 56-67 - (йз 3 - 41 67-66 - д,+Р ); 58-64 - (6), +Ы), 59-65 - (я +со ); 60-63 - О,) +и,)Так как задан Н то реле 72 в блоке 41 обесточено и его контакты 72, и 72, замыкают цепи, соответствующие Й в частности, горит центральная лампочка 74, общая для 10 восьми гирлянд 45-52, и подготовлена цепь подачи питания на них.После включения тумблера 62 "Пуск" реле 71 срабатывает и производит следующие переключения. 1 с,Контактом 71 отключает конденсатор 75 от иСточника питания, а контактом 71, подключает его на обмотку реле 74, и оно срабатывает. При этом замыкающий контакт 74, 20 подключает второй конденсатор 75 к источнику питания, а размыкающий контакт 74, разрывает цепь питания второго реле 74. Одновременно контактом 74, разрывается цепь питания лампочки 76, а контактом 74 замыкается цепь питания очередной лампочки гирлянды 50. После разрядки конденсатора 75 на реле 4 оно отпускает, и теперь уже второй кон- Зб денсатор 75 начинает разряжаться на второе реле 74 При этом контакты каждого реле 74 выполняют Функции.,аналогичные Функциям первого реле74. Таким образом, пока реле 1 находится под напряжением, непрерывно формируется "бегущий огонь" в гирлянде 50, Время горения лампочек определяется емкостью конденсаторов и сопротивлением обмоток реле, Для хорошего демонстрационного э 4- Фекта достаточно, чтобы время горения каждой лампочки было в пределах 0,4-0,6 с, а число лампочек 10-15,Контактом реле 71 напряжениеЯ +27 В подается на реле 79 блока 49. Реле 70 срабатывает и контактом 79 размыкает цепь питания индикатора "Неверно", а контактом 79, замыкает цепь питания индикатора "Вер 50 но". Если на задатчике блока 4 установлено любое другое соотношение угловых скоростей прецессии или только одна скорость, то ни один из элементов 11-18, 25-28 не выдает управляющий сигнал и ни одно реле55 63-70 в блоке 41 не срабатывает, а счедовательно, после включения тумблера "Пуск" реле 71 и 79 обесточиваются, в блоке 29 загорается индикатор "Неверно", и вектор Й, не совершает движение, имитирующее прецессию гироскопа,Режим задачу 1 при изменении направления вращения ротора - прикинетическом моменте Н,.После установки задатчика блока6 в положение Н поступает управляющий сигнал в нашем случае -27 В)на реле 39 которое срабатывает, иего контакты 40 переключаются (занимают правое положение на схемеФиг.1). Одновременно с задатчикаблока 6 поступает управляющий сигнал в блок 4 1 где срабатывает р=ле7 и своим контактом 72, подготавливает цени питания гирлянд 53-60,а контактом 72, подает питание нацентральную лампочку 77 данной группы гирлянд, причем схема соединениявнутри коммутатора и с узлами логических совпадений определяется правилом прецессии и гироскопическогомомента Теперь сигналы задатчикаблока 4 6), и О, соответствуют неправильному ответу,устанавливая в соответствии справилом прецессии на задатчике блока 4 и и И получим выполнениеусловия логического совпадения только на элементе 27 и соответственнона элементе 32. По его сигналу срабатывает реле 65 блока 41, котороеконтактом 65, подготавливает цепьсрабатывания реле 71, а контактом65, - цепь питания гирлянды 59.При включении тумблера "Пуск" работа блоков 41 и 42 происходит так же,как при Й с той лишь разницей,что "бегущий огонь" "вычерчивает"траекторию 59.Задача 2. По заданной угловойскорости прецессии, например Й определить М,Случай Н, Дпя этогозадатчик блока 4 устанавливаем в положение У задатчик блока 6 - в положение Н остальные задатчики - в нулевое положение. В соответствии с нравилом определения гироскопического момента устанавливаем на задатчике.гблока 5 М . Так как реле 39 обестоФчено; то черезконтакты 40 сигнал, соответствующий Йпоступает на элемент 18, на другой вход которого поступает сигнал с зацатчика блока5, При этом на его выходе, а также на выходе элемента 23 возникает управляющий сигнал. В блоке 41 срабаты вает реле 70, которое контактом 70 подготавливает цепь срабатывания реле 71. При включении тумблера 62 "Пуск" блок 41 начинает выраба - тывать бегущий огонь 11. В гирлянде 45 начинают гаснуть и загораться лампочки, "вычерчивая" траекторию 45 Цепь питания этой гирлянды подготовлена контактами 70, и 72, последний из которых находится в нижнем положении.Случай Н, . Для этого устанавливаем задатчик блока 6 в положение Н, . Срабатывают реле 39 и 72. Контакты 40 обеспечивают правильное переключение выходов задатчика блока 4 к блокам 18 и 24. В соответствиис правилом гироскопического момента устанавливаем на задатчике блока5 гироскопический момент М, . При-гэтом только на элементе 16 присут,ствуют два сигнала одновременно, ион выдает управляющий сигнал, который через элемент 22 вызывает срабатывание реле 69, а следовательно,и реле 71. После срабатывания реле71 схема блоков 41 и 42 всегдаработает идентично с той лишь разницей, что генератор 73 управляетразличными гирляндами - в данномслучае гирляндой 53.В генераторе 73 последнее релеимеет отдельное обозначение 74,где М - число лампочек в гирлянде.,Когда оно срабатывает, то загорается центральная лампочка 76 и 77.Цепь питания формируется контактом74 нПредлагаемое устройство позволяетрешать задачи при самоподготовке клабораторным занятиям и экзаменам,служить эффективным и нагляднымконтролирующим инструментом, демонстрировать свойства трехстепенногогироскопа при чтении научно-популярных лекций.Задачи с силовыми внешними воздействиями приводят к более глубокому пониманию как свойств гироскопа, так и правила построения мо- .мента силы по ее вектору. При этомможно значительно расширить числовариантов задач, что исключает возможность механического запоминанияплана решения отдельных задач,Формула . изобретения Тренажер операторов гироскопических приборов, содержащий блоки задания внешних моментных воздействий гироскопа, угловых скоростей прецессии и гироскопических моментов, выходы которых соединены соот ветственно с входами первой, второйи третьей групп входов блока индикации, выходы блока задания гироскопических моментов подключены к, соответствующим входам первой группы входов первого блока элементов И, выходы которого соединены с соответствующими входами первого блока элементов ИЛИ, выходы которого через имитатор гироскопа подключены к входу блока отображения учебной информации, о т л и ч а ю щ н й с я тем, что, с целью расширения дидактических возможностей тренажера, в него введены последовательно включенные блок задания внешних силовых воздействий гироскопа и второй блок элементов ИЛИ, выходы которого соединены с соответствующими входами второй группы входов первого блока элементов И, последовательно включенные коммутатор, второй блок элементов И и третий блок элементов И, выходы которого соецинены с соответствующими входами второй группы входов имитатора гироскопа, и блок задания кинетического момента гироскопа, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами четвертой группы входов блока индикации, а первый выход . - с соответствующими входами коммутатора и имитатора гироскопа, выходы первой группы выходов блока задания силовых воздействий гироскопа подключены к соответствующим входам пятой группы входов блока индикации, а выходы второй группы Гвыходов - к соответствующим входамшестой группы входов блока индикации и второй группы входов третьего блока элементов И, выходы блока задания внешних моментных воздействий гироскопа соединены с соответствующими. .входами второй группы входов второго блока элементов ИЛИ, выходы коммутатора подключены к соответствующим входам третьей группы входов первого блока элементов И.1241 277 оставитель А. Карловехред О,Сопко Коррект Сир охи Копч а Заказ ЗБ 02/46 ектная,4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул Тираж 455Государственноголам изобретений сква, Ж, Рауш ВНИИПИ по д 13035, М