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    基础知识 | 直升机课堂之陀螺仪

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  • 前言:本文目的在于介绍并讲解直升机构造(外部—内部)。图文并茂形式展现直升机魅力,各部位工作原理。为了方便讲解,本文基于罗宾逊R-22作为训练机型。第一季共⑩集,主讲包括:①机身②发动机③滑油系统④燃油系统⑤电路系统⑥传动系统⑦旋翼系统⑧皮托管与静压管⑨陀螺仪⑩磁罗盘

     

    关于作者:侯立铭( Damien )毕业于美国洛杉矶直升机公司,持有FAA颁发商照、教员照。

     

    基础知识 | 直升机课堂之陀螺仪

    陀螺仪(Gyroscope):高速旋转的转子,旋转时其重量集中于圆周边缘且稳定。

     

    陀螺仪的特性(characteristic of a gyroscope

         定轴性(Rigidity In Space):当陀螺转子以高速旋转时,在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时,陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变,即指向一个固定的方向;同时反抗任何改变转子轴向的力量。这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。

    1.转子的转动惯量愈大,稳定性愈好;

    2.转子角速度愈大,稳定性愈好。

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        进动性(Gyroscopic Precession):当转子高速旋转时,若出现一个外力则在其转动方向延后90°点出现反馈。

    1.外界作用力愈大,其进动角速度也愈大;

    2.转子的转动惯量愈大,进动角速度愈小;

    3.转子的角速度愈大,进动角速度愈小。

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    相关仪表:

    姿态仪(Attitude Indicator

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    转弯侧滑仪(Turn Coordinator

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    航向表(Heading Indicator

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    陀螺仪电源:

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    注:真空过滤器(Vacuum Air Filter)过滤空气杂质;真空计(Suction Gauge)用于测量真空度或气压;安全阀(Vacuum Relief Valve)防止真空度或气压超过额定值;真空泵(Vacuum Pump)抽吸空气获得真空。

    姿态仪(Attitude Indicator):作为航空器上唯一能提供直升机俯仰与坡度大小的仪表。许多飞行员称之为“仪表之王”

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    注:小飞机作为仪表内部陀螺仪转子的直观输出,表盘上天下地(蓝天黑土)。由地平线追小飞机,从而显示直升机俯仰姿态。

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    注:若在飞行中,姿态仪出现红色小旗(Gyro Flag)则表示陀螺仪失效。

    飞行姿态显示:

    水平飞行

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    左坡度飞行

    基础知识 | 直升机课堂之陀螺仪

    右坡度飞行

    基础知识 | 直升机课堂之陀螺仪

    带仰角飞行

    基础知识 | 直升机课堂之陀螺仪

    带俯角飞行

    基础知识 | 直升机课堂之陀螺仪

    转弯侧滑仪(Turn Coordinator:提供转弯率和滚转率。

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    注:在飞行器中用来指示转弯方向、转弯快慢及侧滑方向、侧滑程度的组合仪表称为转弯侧滑仪,由转弯仪和侧滑仪两部分组成。

    飞行姿态显示:

    协调转弯:

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    注:协调转弯时,直升机所受的离心力和向心力相等,侧滑仪表盘显示小球在中央,直升机无侧滑。

    补充:侧滑仪由小球、玻璃管和阻尼液等组成。小球是敏感元件,相当于单摆的摆锤,能在玻璃管中自由滚动。玻璃管的曲率半径相当于摆长。阻尼液对小球起阻尼作用。玻璃管的一端有很小的膨胀室,以便阻尼液因温度升高,容积增大时占用。

    内侧滑(Slip):

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    注:带内侧滑转弯时,直升机所受的离心力小于向心力,侧滑仪表盘显示小球受向心力作用向右偏移,直升机带内测滑。

    外侧滑(Skid):

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    注:带外侧滑转弯时,直升机所受的离心力大于向心力,侧滑仪表盘显示小球受离心力作用向左偏移,直升机带外侧滑。

    航向表(Heading Indicator

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    注:陀螺仪通用——小旗出现表示此时陀螺仪不通电或者工作失效。

    飞行姿态显示:

    左转弯

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    右转弯

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    常见系统误差:

     传感器非正交性(Tumbling):三轴加速度计和陀螺仪的三个轴不是完全的正交的,例如对于加速度计,理想情况下其中一个轴测量重力,其他两个轴不应该有输出。传感器不正交会出现在安装和封装的时候。生产和标定能够一定程度的解决这个问题,在系统运行的时候持续的估计和矫正也是一种解决方法。

     

    姿态仪的转弯误差(Turning Error):在正常的协调转弯中,由于离心力的作用下使得陀螺仪向转弯方向进动。当坡度增大时,这种进动加强。在180°转弯后使用正常滚转率改出时误差消失。

     

    姿态仪的加速误差(Acceleration Error):在直升机突然加速时,由于陀螺仪的进动性作用使得表盘显示错误的上仰姿态。

     

    姿态仪的减速误差(Deceleration Error):在直升机突然减速时,由于陀螺仪的进动性作用使得表盘显示错误的下俯姿态。

     

    航向表的漂移误差(Drift Error):因为地球自转,加之陀螺仪内部的摩擦与相对不是完美平衡的陀螺转子,导致航向表会随时间而产生漂移误差。

         最大可允许误差——3°/ 15min

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