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獵鷹飛行俱樂部學(xué)飛系列｜帶你走近飛機的姿態(tài)儀

2023-04-04 10:38 作者:獵鷹飛行俱樂部 0人讀過 | 我要投稿

飛行環(huán)境復(fù)雜多變，在能見度不佳的情況下，由于缺少地標(biāo)以及天地線的參照，飛行員很難靠目視判斷機頭的俯仰姿態(tài)和機翼的水平狀況，因此飛行員需要除外部自然物體之外的其他更可靠指示，幫助保持正確的空間方位感，姿態(tài)儀表為此應(yīng)運而生。

飛機的姿態(tài)儀/陀螺儀

姿態(tài)儀表盤采用擬真的直觀設(shè)計，表面上半部分為藍色，象征天空，下半部分為棕色，代表大地，天地交匯與表門的中線，稱之為人工地平線，用覆蓋在其外側(cè)的一個機翼模型來指示飛機和天地線之間的俯仰以及傾斜關(guān)系。姿態(tài)儀是最重要的儀表，因此安裝在儀表板的正中央最醒目的位置。

飛機姿態(tài)儀，全稱是飛機陀螺姿態(tài)儀，由二自由度陀螺、控制修正機構(gòu)、指示機構(gòu)等組成。

今天，小鷹帶大家詳細了解飛機姿態(tài)儀，我們先從陀螺儀的物理特性講起。

01?陀螺儀的物理特性

陀螺在高速旋轉(zhuǎn)時,能夠直立于地面;而且轉(zhuǎn)得越快,立得越穩(wěn);即使給它一個沖擊,也只是晃動而不會倒下。利用陀螺的這種特性可以做成儀表，用來測量飛機的姿態(tài)角、航向、轉(zhuǎn)彎速率。

陀螺分為二自由度陀螺和單自由度陀螺。陀螺儀的自由度是指陀螺自轉(zhuǎn)軸相對于基座能在幾個維度進行運動。下面給大家介紹二自由度陀螺的定軸性和進動性。

（一）定軸性

陀螺轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，如果沒有外力矩作用，陀螺儀自轉(zhuǎn)軸的指向?qū)⒈３植蛔儭＿@種現(xiàn)象稱為陀螺儀的定軸性或穩(wěn)定性。

Q

影響穩(wěn)定性的因素：

（1）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量越大，穩(wěn)定性越好；

（2）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高，穩(wěn)定性越好。

（二）進動性

如果外力矩作用高速旋轉(zhuǎn)陀螺轉(zhuǎn)子的內(nèi)框，陀螺儀將繞外框轉(zhuǎn)動，下圖（a）；相反，如果外力矩作用于外框，陀螺儀將繞內(nèi)框轉(zhuǎn)動,下圖（b）。其轉(zhuǎn)動角速度方向與外力矩作用方向垂直。該特性，叫做陀螺儀的進動性。

影響進動性的因素：

（1）外力越大，進動角速度也越大；

（2）轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量越大，進動角速度越??；

（3）轉(zhuǎn)子的角速度越大，進動角速度越小。

有個特殊的情況，當(dāng)陀螺的外框和內(nèi)框重合時，陀螺在重力作用下產(chǎn)生進動，使得陀螺自轉(zhuǎn)軸沿水平面繞支座逆時針轉(zhuǎn)動，叫做陀螺章動。

02?陀螺地平儀的基本組成

陀螺姿態(tài)儀由二自由度陀螺儀、控制修正機構(gòu)、指示機構(gòu)等組成。

并且，為了建立人工地平線，二自由度陀螺儀增加了一個隨動環(huán)（也稱搖桿），隨動環(huán)與陀螺內(nèi)環(huán)、外環(huán)隨動。

01

控制修正機構(gòu)，利用單擺的地垂特性對二自由度陀螺儀進行修正，使其自轉(zhuǎn)軸始終與地垂線一致。

02

指示機構(gòu)包括坡度刻度盤、坡度指針俯仰刻度盤、機翼模型符號等。其中，坡度刻度盤、飛機符號與地平儀殼體一體聯(lián)動，坡度指針與陀螺外環(huán)一體聯(lián)動，俯仰刻度盤與陀螺隨動環(huán)一起運動。

03?陀螺姿態(tài)儀的工作原理

將陀螺儀用于姿態(tài)儀有兩個關(guān)鍵：

一是建立人工地垂線，讓陀螺的自轉(zhuǎn)軸找到低垂線的方向；

二是利用陀螺的定軸性，保持陀螺的自轉(zhuǎn)軸始終與地垂線平行，這樣就可以用陀螺感知飛機的俯仰和坡度變化。

簡要工作過程：

陀螺儀起動時，修正控制機構(gòu)開始工作。單擺地垂修正器控制自轉(zhuǎn)軸位置控制力矩電機，對陀螺儀內(nèi)框或外框施加外力距，通過進動使陀螺儀自轉(zhuǎn)軸趨向并最終平行于地垂線從而找到地心的指向。此時，陀螺的自轉(zhuǎn)軸、內(nèi)框、外框分別與飛機的立軸、橫軸和縱軸相平行。