1、第第3章章 测量飞机姿态的仪表测量飞机姿态的仪表 l测量飞机姿态角和姿态角速度的仪表。l姿态显示仪表主要是地平仪、转弯仪和侧滑仪l地平仪和转弯仪是利用陀螺作为敏感元件制成 本章重点：本章重点：1ppt课件l要求：要求：陀螺及分类，陀螺特性及影响因陀螺及分类，陀螺特性及影响因 素，表观运动；激光陀螺定义、素，表观运动；激光陀螺定义、 原理。本节是重点。原理。本节是重点。l方法：方法：实验、实例、分析实验、实例、分析2ppt课件(1)(1)陀螺陀螺(gyroscope)(gyroscope)：测量物体相对惯性空间转角或测量物体相对惯性空间转角或 角速度的装置。角速度的装置。l种类：种类：普通刚体转
2、子陀螺、挠性陀螺、激光陀普通刚体转子陀螺、挠性陀螺、激光陀 螺、光纤陀螺、粒子陀螺、低温超导陀螺螺、光纤陀螺、粒子陀螺、低温超导陀螺 等。等。l刚体转子陀螺：刚体转子陀螺：能够绕一个支点高速旋转的物体。能够绕一个支点高速旋转的物体。3ppt课件4ppt课件(2) 刚体转子陀螺5ppt课件6ppt课件(3) 刚体转子陀螺分类l根据自转轴具有的自由度：两自由度陀螺、单自由度陀螺根据自转轴具有的自由度：两自由度陀螺、单自由度陀螺l根据动力：电动、气动根据动力：电动、气动7ppt课件两自由度陀螺8ppt课件9ppt课件3.2 两自由度陀螺的特性10ppt课件11ppt课件12ppt课件13ppt课件1
3、4ppt课件15ppt课件16ppt课件17ppt课件18ppt课件19ppt课件20ppt课件21ppt课件22ppt课件23ppt课件24ppt课件25ppt课件26ppt课件27ppt课件28ppt课件29ppt课件30ppt课件31ppt课件32ppt课件33ppt课件3.3 单自由度陀螺的特性34ppt课件35ppt课件 进动方向进动方向 角动量矢量角动量矢量( (或自转角速度矢量或自转角速度矢量) )沿最短途径转向基座旋转角速度矢沿最短途径转向基座旋转角速度矢量方向。量方向。36ppt课件37ppt课件38ppt课件39ppt课件3.4 陀螺仪表的动力源l飞机上的陀螺仪表：地平仪、
4、陀螺半罗盘和转弯侧滑仪。飞机上的陀螺仪表：地平仪、陀螺半罗盘和转弯侧滑仪。l它们靠气源或电驱动。它们靠气源或电驱动。l大多数轻型飞机上，地平仪和陀螺半罗盘的气源由真空系大多数轻型飞机上，地平仪和陀螺半罗盘的气源由真空系统提供，转弯仪由电气系统供电统提供，转弯仪由电气系统供电 。40ppt课件41ppt课件42ppt课件43ppt课件44ppt课件45ppt课件3.5 激光陀螺(laser gyroscope)(laser gyroscope) （一）概述一）概述1 1、定义、定义 应用激光技术测量物体相应用激光技术测量物体相对惯性空间的角速度和转对惯性空间的角速度和转动角度的光学装置。动角度的
5、光学装置。46ppt课件 2、优点 结构简单，没有活动的机械转子，不存在摩擦，也不结构简单，没有活动的机械转子，不存在摩擦，也不受重力加速的影响；受重力加速的影响；角速度测量范围很宽，从角速度测量范围很宽，从0.010.01/ /小时到小时到10001000/ /秒以秒以上；上；测量精度很高，可达测量精度很高，可达0.0010.001/ /小时；小时；能直接提供数字式输出，与数字式计算机联接方便；能直接提供数字式输出，与数字式计算机联接方便；启动很快，可以说是瞬间启动，而一般陀螺需要几分启动很快，可以说是瞬间启动，而一般陀螺需要几分钟的启动准备时间；钟的启动准备时间；工作可靠，寿命长，总成本不
6、高等。工作可靠，寿命长，总成本不高等。47ppt课件1 1、组成、组成 激光发生器、光电激光发生器、光电探测器等探测器等 敏感部分：环形激光敏感部分：环形激光腔腔l激光发生器：用来激光发生器：用来产生激光。产生激光。 l光电探测器：可以光电探测器：可以把光信号转变成电把光信号转变成电信号输出。信号输出。48ppt课件2、原理 光在激光器环形光路中行进时， 若 0， L1L2 ， L 0式中：为激光器转动角速度； L1、L2为光束1、2的光程； L 为光束1、2的光程差。49ppt课件l若若 00，L L1 1LL2 2 L L 4S4SC C 即即 L L 两束激光的光程差和转速成正比两束激光
7、的光程差和转速成正比式中：式中：S S为环形光路包围的面积；为环形光路包围的面积； C C为光速。为光速。50ppt课件l根据激光产生的原理，光程越长，波长越长，频率越小。根据激光产生的原理，光程越长，波长越长，频率越小。51ppt课件l所以，所以，两束激光的频率差和转速成正比两束激光的频率差和转速成正比52ppt课件l利用光电探测器，可以测量两束激光频率差利用光电探测器，可以测量两束激光频率差(干涉条纹将会移动，其移动干涉条纹将会移动，其移动速度的大小和方向反映了角速度的大小和方向速度的大小和方向反映了角速度的大小和方向 )，从而得到载体的转速。，从而得到载体的转速。53ppt课件54ppt
8、课件 设激光陀螺环形光路为正三角形L=40cm，测量地球自转角速度，得到f=8.87Hz；地球转一周时，两束激光的周期数差(即脉冲数)为7.66105个。55ppt课件（三）激光陀螺结构（三）激光陀螺结构56ppt课件激光陀螺结构57ppt课件应用：在现代飞机上，激光陀螺广泛用作惯性导应用：在现代飞机上，激光陀螺广泛用作惯性导航系统的测量元件，用来测量飞机三维转动角速航系统的测量元件，用来测量飞机三维转动角速度。度。58ppt课件 转弯侧滑仪转弯侧滑仪是由转弯仪和侧滑仪两个是由转弯仪和侧滑仪两个独立的仪表组合而成。由于转弯仪和侧滑独立的仪表组合而成。由于转弯仪和侧滑仪的综合指示，对于驾驶员保持
9、飞机平直仪的综合指示，对于驾驶员保持飞机平直飞行和作无侧滑协调转弯飞行具有重要作飞行和作无侧滑协调转弯飞行具有重要作用，因此这两种仪表一般都组装在一起。用，因此这两种仪表一般都组装在一起。3.2 3.2 转弯侧滑仪转弯侧滑仪59ppt课件60ppt课件一、功用一、功用（1 1）指示飞机转弯）指示飞机转弯( (或盘旋或盘旋) )方向方向（2 2）粗略反映转弯的快慢程度）粗略反映转弯的快慢程度（3 3）有的还能指示飞机在某一真空速时无侧滑转弯）有的还能指示飞机在某一真空速时无侧滑转弯 的坡度的坡度 ( (倾斜角倾斜角) )61ppt课件62ppt课件63ppt课件64ppt课件65ppt课件66p
10、pt课件（1 1）指示转弯方向）指示转弯方向 u转弯仪内部是一个单自由度陀螺，利用单自由度陀螺转弯仪内部是一个单自由度陀螺，利用单自由度陀螺的进动性工作。的进动性工作。u当飞机直线飞行时，内框在平衡弹簧作用下，稳定在当飞机直线飞行时，内框在平衡弹簧作用下，稳定在初始位置，指针指在刻度盘中央，表示飞机没有转弯初始位置，指针指在刻度盘中央，表示飞机没有转弯u当飞机以一定的角速度向左转弯时，内框将顺时针进当飞机以一定的角速度向左转弯时，内框将顺时针进动，直到引起进动的力矩动，直到引起进动的力矩(该力矩称为陀螺力矩该力矩称为陀螺力矩)与平与平衡弹簧的反作用力矩相等为止。内框的转角通过拨杆衡弹簧的反作用
11、力矩相等为止。内框的转角通过拨杆传送机构传给指针，使指针偏向左方，表示飞机正在传送机构传给指针，使指针偏向左方，表示飞机正在向左转弯向左转弯 u转弯停止后，陀螺力矩消失，内框在平衡弹簧作用下转弯停止后，陀螺力矩消失，内框在平衡弹簧作用下回到初始位置，指针回到刻度盘中央回到初始位置，指针回到刻度盘中央u飞机向右转弯时，内框反时针进动，带动指针向右偏飞机向右转弯时，内框反时针进动，带动指针向右偏离刻度盘中央，表示飞机正在向右转弯离刻度盘中央，表示飞机正在向右转弯 67ppt课件（2 2）指示转弯快慢）指示转弯快慢 飞机转弯时引起陀螺进动的力矩飞机转弯时引起陀螺进动的力矩 L Lcos(cos()式
12、中：式中：飞机转弯角速度；飞机转弯角速度；飞机倾斜角；飞机倾斜角； 内框转角。内框转角。陀螺内框转角不大时陀螺内框转角不大时 LJcosLJcos平衡弹簧的力矩为平衡弹簧的力矩为 M M K K弹性力矩系数。弹性力矩系数。指针稳定时指针稳定时 M ML L （J/KJ/K）coscos 故，故，粗略反映粗略反映。68ppt课件（3 3）指示飞机无侧滑转弯时的倾斜角）指示飞机无侧滑转弯时的倾斜角tgtgF Fi i/G/G而而 F Fi imvmv G Gmgmg式中：式中：mm飞机的质量；飞机的质量； vv飞机的飞行速度；飞机的飞行速度； gg重力加速度。重力加速度。因此，因此，tgtgmvm
13、v/mg/mgv/g v/g 即即（g/vg/v）tgtg 代入式代入式（J/KJ/K）coscos中中则则 （Jg/KvJg/Kv）sinsin 当当v v一定时，一定时，可指示可指示。69ppt课件三、指示70ppt课件71ppt课件72ppt课件73ppt课件74ppt课件75ppt课件76ppt课件77ppt课件78ppt课件综合使用1 1）接通电源，转速正）接通电源，转速正常常( (按规定时间或警按规定时间或警告旗收起告旗收起) )后使用。后使用。79ppt课件80ppt课件81ppt课件一、基本原理一、基本原理俯仰角：俯仰角：飞机纵轴与地平面飞机纵轴与地平面的夹角，即飞机绕横向水平
14、轴的夹角，即飞机绕横向水平轴转动的角度。转动的角度。倾斜角：倾斜角：飞机对称面与通过飞机对称面与通过飞机纵轴所作的铅垂面之间的飞机纵轴所作的铅垂面之间的夹角，即飞机绕纵轴转动的角夹角，即飞机绕纵轴转动的角度；无俯仰时，也等于飞机横度；无俯仰时，也等于飞机横轴与地平面的夹角。轴与地平面的夹角。82ppt课件怎样测量俯仰角和倾斜角？l单摆单摆具有地垂性，但不稳定。具有地垂性，但不稳定。l陀螺陀螺具有稳定性，但不能跟踪地垂线。具有稳定性，但不能跟踪地垂线。83ppt课件84ppt课件二、安装及测量方法二、安装及测量方法纵向安装纵向安装外框轴平行于飞机纵轴外框轴平行于飞机纵轴横向安装横向安装外框轴平行
15、于飞机横轴外框轴平行于飞机横轴 85ppt课件86ppt课件87ppt课件88ppt课件89ppt课件90ppt课件91ppt课件92ppt课件93ppt课件94ppt课件 分类l直读式：直读式： 陀螺直接带动指示陀螺直接带动指示l远读式：远读式： 陀螺通过远传带动指示陀螺通过远传带动指示( (又称为姿态系统。由陀螺传感又称为姿态系统。由陀螺传感器和指示器组成。）器和指示器组成。）95ppt课件四、修正原理( (一一) )液体摆式地垂修正器液体摆式地垂修正器结构：液体摆、修正线圈筒等结构：液体摆、修正线圈筒等96ppt课件修正原理l自转轴在地垂线方向时，气泡在中央，铁芯在中央，不产生修正自转轴
16、在地垂线方向时，气泡在中央，铁芯在中央，不产生修正力矩。力矩。l自转轴偏离地垂线时，气泡偏移，铁芯偏移，产生修正力矩。自转轴偏离地垂线时，气泡偏移，铁芯偏移，产生修正力矩。97ppt课件(二)固体摆式地垂修正器 修正速度3/分，垂直精度0.5。l结构：配重、非稳定摆修正器、活动臂等结构：配重、非稳定摆修正器、活动臂等98ppt课件l自转轴在地垂线方向时，合重心通过自转轴，无修正力自转轴在地垂线方向时，合重心通过自转轴，无修正力矩。矩。99ppt课件l自转轴偏离地垂线时，合重心不通过自转轴，产生修正力矩。自转轴偏离地垂线时，合重心不通过自转轴，产生修正力矩。100ppt课件认读：小飞机和人工天地
17、线关系、俯仰和倾斜指示l分类：分类： “ “从飞机看地面从飞机看地面”人工天地线运动，小飞机不动；人工天地线运动，小飞机不动；101ppt课件 “从地面看飞机”小飞机运动，人工天地线不动。102ppt课件 地面起动地面起动l要求：要求： （1 1）转子达到额定转速。）转子达到额定转速。 由时间保证或收警告旗判断。由时间保证或收警告旗判断。 （2 2）自转轴处于地垂线方向。）自转轴处于地垂线方向。 由指示停机角反映。由指示停机角反映。l方法：适当时候上锁，加快起动。方法：适当时候上锁，加快起动。六、使用特点103ppt课件104ppt课件105ppt课件106ppt课件 空中使用空中使用1 1、
18、平飞、平飞 平飞时有一定的迎角，参平飞时有一定的迎角，参照升降速度表调整。照升降速度表调整。107ppt课件2 2、加速、加速 加或减速时，惯性力使摆偏离地垂线，对陀螺进行错加或减速时，惯性力使摆偏离地垂线，对陀螺进行错误修正，使地平仪出现上仰或下俯误差。用升降速度表和误修正，使地平仪出现上仰或下俯误差。用升降速度表和转弯侧滑仪检查。转弯侧滑仪检查。108ppt课件3 3、盘旋和转弯、盘旋和转弯 盘旋或转弯时，惯性离心力使摆偏离地垂线方向，对陀盘旋或转弯时，惯性离心力使摆偏离地垂线方向，对陀螺进行错误修正，使地平仪的俯仰和倾斜指示产生误差。螺进行错误修正，使地平仪的俯仰和倾斜指示产生误差。 改
19、平后，用升降速度表和转弯侧滑仪检查。改平后，用升降速度表和转弯侧滑仪检查。109ppt课件 4 4、修正方法、修正方法 飞机改平、匀速飞行时，飞机改平、匀速飞行时，先上锁，后开锁，消除误差。先上锁，后开锁，消除误差。 5 5、使用完毕、使用完毕 断电，上锁；或根据要断电，上锁；或根据要求。求。110ppt课件3.4 大型商用飞机主飞行显示器简介大型商用飞机主飞行显示器简介 以B737NGB737NG飞机的主飞行显示器为飞机的主飞行显示器为例。图中，例。图中，1 1为由自动飞行系统为由自动飞行系统设置决定的飞行方式显示；设置决定的飞行方式显示；2 2为为空速和马赫数指示；空速和马赫数指示；3 3
20、为飞行姿为飞行姿态指示，即地平仪；态指示，即地平仪；4 4为自动驾为自动驾驶和飞行指引系统状态指示；驶和飞行指引系统状态指示；5 5为飞行高度指示；为飞行高度指示；6 6为垂直速度为垂直速度指示；指示；7 7为综合航向为综合航向/ /航迹指示等。航迹指示等。111ppt课件（1 1）PFDPFD空速指示空速指示 （p91p91）112ppt课件（2 2）PFDPFD姿态指示姿态指示 （p92p92）113ppt课件（3 3）PFDPFD高度指示高度指示 （p93p93）114ppt课件（4 4）PFDPFD其它参数指示其它参数指示 （p94p94）垂直速度指示垂直速度指示115ppt课件（4 4）PFDPFD其它参数指示其它参数指示 （p94p94）航向与航迹航向与航迹116ppt课件（4 4）PFDPFD其它参数指示其它参数指示 （p95p95）故障旗指示故障旗指示117ppt课件The End118ppt课件
