Разоренов Г.Н., Бахрамов Э.А., Титов Ю.Ф. Системы управления летательными аппаратами (2003) (1246774), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Поскольку смещения чувствительного элеллента вызваны его инерционностью, то подобные измерительные приборы, как и сам принцип навигации, получили название инерциальных. Простейшая схема такого прибора. называемого пружинным акселерометром (измерителем ускорений), изображена иа рис. 2.!. Чувствительным элементом здесь служит небольшое тело (грузик), соединенное пружиной с корпусом прибора. Сам прибор закреплен на объекте навигации. При движении обьекта с ускорением на пружину со стороны грузика действует сила его инерции, пропорциональная абсолютному ускорению грузика. Под действием упомянутой силы инерции пружина деформируется (сжимается или растягивается) и по величине смешения лрузика, которая может быть измерена, нетрудно определить ускорение объекта навигации.
Для этого необходимо знать параметры прибора (массу грузика, жесткость пружины) или располагать его тарировочной характеристикой, истра является наиболее удобной для анализа сущности инерциального принципа получения информации в ИНС. Ниже в п. 2.!.3 мы вернемся к этой схеме с целью анализа уравнения измерений в инерциальных измерительных приборах, Измерительные приборы, содержащие чувствительный элемент в виде инерционной массы, используются главным образом для определения параметров поступательного движения объектов — ускорения, скорости, пройденного пути.
По этой причине их называют также датчиками линейных перемешенигь Как будет показано, датчики линейных перемещений могут быть применены и для определения параметров вращательного движения — угловой скорости и углового ускорения. Наряду с этим в системах инерциальной навигации находят широкое применение разнообразные гироскопические измерительные приборы, чувствительным элементом которых является быстро вращавшаяся масса — гироскоп. Действие гироскопических приборов основано на использовании инерционных свойств вращающегося тела, проявляющихся в закономерностях его прецессионно-нутационного движения .
Гироскопические измерительные приборы применяют в качестве датчиков угловых перемещений для определения параметров угловой пространственной ориентации объекта навигации, а также компонент вектора его угловой скорости. Кроме того, с помощью гироскопических приборов осуществляется требуемая пространственная ориентация и стабилизация осей чувствительности датчиков линейных перемещений. С этой целью применяются гироскопические стабилизаторы направлений, в том числе гиростабилизированные платформы. В настоящее время инсрциальные навигационные системы достигли высокого уровня совершенства.
На баллистических ракетах эти системы являются единственным источником навигационной информации. Данное обстоятельство обусловлено рядом преимушеств технического и оперативно. тактического характера, которыми обладают ИНС в сравнении с другими средствами и способами навигации. К числу этих преимуществ относятся: ' полная автономность ИНС, т.е.
независимость их работы от окружающей среды и внешних источников информации, абсолютная скрытность работы ИНС ввиду отсутствия каких-либо излучений, поддающихся фиксации средствами наблюдения противника, высокая поиехозащишенность по отношению к средствам радиоэлектронного противодействия, В насгояшсе время термин "гироскоп' относят также к приборам, солсрнашим чтвствитсльиый элемент в пняе инсрииоииой массы. совершавшей высокочастотные "олсбання.
Примерная подобных приборов являются вибраиионный гироскоп, волновой таерлотсльный гироскоп и лр. Кроме того, к гироскопам относят также приборы, основанные на н ныл физических прининпая работы, например, пятерные гироскопы. !63 ° высокая точность навигационных определений на относителы небольших интервалах времен~ работы ИНС, ° малое электропотребление, малый вес и габариты, ° высокая надежность, значительный ресурс непрерывной работы режиме боевого дежурства, Вместе с тем принципу иисрциальной навигации свойственн некоторые характерные для него недостатки, которых лишены друш методы навигации. Главный иэ этих недостатков заключается в том, что инерциальнь нзь»ерптельныс приборы нс позволяют путем непосредственнь измерений определять действительные параметры движения объекз навигации- координаты, скорость, ускорение.
Вследствие того что по» сил инерции, являющееся носителем навигационной яиформации в ИН( не зависит от ускорения силы притяжения (см, Приложение 2), инерц» альныс измерительные приборы способны зафиксировать только ту час» полного ускорения объекта навигации, которая определяется действие всех приложенных к нему внешних снл, исключая силу гравитационног притяжения. Эта часть полного ускорения называется кажущ»»мс ускорением (илн псевлоускорением).
У ракет кажущееся ускорень определяется выражением Р+Л и» (2.1 а= »и+д. (2.2 Это уравнение носит название осипвного урпв»»е»»»а» ииерциальна; навигации. 164 тле Р-тяга ДУ,  — полная аэродинамическая сила, ш- масса ракеть В иперциальных измерительных приборах интегрирующего тип измеряются первый и второй интегралы от кажущегося ускорения кажущаяся скорое»пь (или псевдоскорость) и кажущийся путь (ил псевдопуть). Перечисленные величины получили название кажущихс параметров движения (или псевдопараметров). Для нахождения действительных параметров движения объект навигации по измерениям кажущихся параметров движения влияни ускорения силы притяжения необходимо учесть расчетным путем помощью модели гравитационного поля.
Исходным уравнением дл решения данной задачи служит уравнение связи между полньп ускорением объекта навигации и егодвумя составляющими-хажущимс ускорением и ускорением силы гравитационного притяжения: Характерной особенностью основного уравнения инерциальной навигации является свойство его неустойчивости (см, п, 2Л.5). Это свойство проявляется в том, что при интегрировании данного уравнения погрешности расчета действительных параметров движения объекта 1завигапии быстро возрастают с течением времени.
что вынуждает осушеспзлять периодическую коррекцию инерцначьной навигационной информации с поьюшью друпи навигационных систем. Лишь на баллиспшеских ракетах, управляемый полет которых сравнительно непродолжителен, погрешности определения действительных параметров движения остаются в допустимых пределах, что позволяет применять ИНС без использования корректирующих навигационных систем.
Еще одной особенностью принципа иперцнальиой навигацшз является невозможность определения начальных параметров движения объекта навигации (начальной скорости, начального положения) па показаниям инерииальиых измерительных приборов. Как показано в Приложении 2, это обстоятельство, как и невозможность непосредственного измерения действительных параметров движения, объясняется действием одних и тех же физических законов, нашедших свое отражение в формулировке принципа относительности Галилея-Эйнштейна. Таким образом. основные нсдоствтки принципа инерциальной навигации могут быть сформулированы следующпи образом: ° невозможность определения с помощью измерительных приборов ИНС начального положения и начальной скорости объекта навигации, невозможность определения путем прямых измерений действительных параметров движения объекта навигации, ° необходимость нспользовазн~я достаточно точной модели гравитационного поля Земги, требующейся для решения основного уравнения инерцнальной навигации, неустойчивость основного уравнения инерциальной навигации, приводящая к быстрому возрастанию погрешностей расчетадействительных царагажров движения объекта навигации, что делает невозможным применение ИНС в течение продолжительного периода их работы без использования корректирующих навигационных систем.
2! 3. Уравнение измерений ннерциального датчика линейных перемещений Проанализируем работу инерциального датчика линейных перемещений. размещенного на борту объекта нявиг'шан. Воспользуемся схемой пружинного аксепсрометра. Под уравнением измерений понимается функциональная связь между параметрами движения объекта навигазззиз и измеряемым параметром датчика- величиной деформации Рис.
2 2. Схема сии,аейстау~еатаа иа чуастаитеаьиыа засыеит пруатаиието аасеаероиетра м т» Рис. ЗЗ. Стена ратинаеииа аасаеероиетра иа ЛА упругого подвеса. Для вывода уравнения измерений будем исходить т уравнения динамики, описывающего движение чувствительного элемент (ЧЭ) датчика в абсолютном пространстве. Предварительно уточни схему действующих яа чувствительный элемент снп, предположив, чт ЧЭ в виде инерционной массы (грузика) помещен в цилиндр, заполнет ный вязкой жидкостью.
В этом случае со стороны лодвеса на Ч'. действуют три силы — сила упругости пружины гор, сила вязкого трепи гсР (обе эти силы направлены по оси цилиндра) и перпендикулярн направленная к ним сила Ф, действующая иа ЧЭ со стороны стено цилиндра (см. рнс.2.2). Примем допущения, что сила упругости пружин~ удовлетворяетзакону Гука и пропорциональна смещению чувсгвнтельнс го элемента нз его нейтрального положения, Г'Р = -тт,б, (2 'т а сила вязкого трентгя пропорциональна скорости перемещения ЧЭ цилиндре: Г'р = -тс Ь.
2 Кроме этих сил на ЧЭ действует также сила притяжения Землтт, В„" тл„, (25 (2.6) Выразим полную производную — через локальную и вращательные йэ производные: (2 . — = Р + 2ыхг + ыхг + ьэх(ыхг). а~з (2.7) Воспользуемся равенством г = р+ б и учтем то обстоятельство, что радиус-вектор р, определяющий нейтральное положение ЧЭ, неизменен в связанных осях, т.е. справедливы равенства я = й = О. С учетом этого выражение (2.7) перепишем в виде дзт — = Ь ~ 2ыхб + ыхр + сЬхб + ьэх(дахр) + сэх(ыхб). (2 8) Вз В реальных конструкциях акселерометров смещение 6 чувствительного элемента из его нейтрального положения весьма мачо, поэтому этой величиной в правой части выражения (2.8) можно пренебречь, что приводит выражение (2.8) к следующему виду: йэг — = Ь + 2ьэхо + йхр + ых(ыхр).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
