Avionika. Orlaivių padėties erdvėje nustatymo priemonės (3 dalis)

1.6. Skrydžio kurso matavimas magnetiniais prietaisais

Orlaivio kursas yra kampas tarp kokios nors pasirinktos atraminės krypties horizonto plokštumoje ir orlaivio išilginės ašies projekcijos toje plokštumoje. Aviacijoje dažniausiai pasirenkamos trys atraminės kryptys, kurių atžvilgiu matuojamas kursas, – geografinio ar magnetinio dienovidinių šiaurinė kryptis ir ortodromės „šiaurinė“ kryptis. Tokie kursai atitinkamai vadinami tikruoju, magnetiniu ir ortodrominiu. Kai kuriais atvejais gali prireikti matuoti kursą nuo kitos atraminės krypties, tokie kursai vadinami sąlyginiais. Kai kursas matuojamas orlaivyje veikiančio giroskopo pagrindinės ašies atžvilgiu, jis vadinamas giroskopiniu.

Magnetiniam kursui jautrūs prietaisai orlaivyje yra magnetiniai kompasai ir indukciniai davikliai. Šie prietaisai iš visų krypčių pasirenka tik vieną – kryptį į Žemės magnetinį polių – ir magnetinis dienovidinis tada yra atraminė kryptis. Tikrojo dienovidinio kryptį orlaivyje nustato inercinės sistemos. Ortodrominį kursą matuoja kurso giroskopai ir radionavigacijos priemonės.

Orlaivių magnetiniuose kompasuose vietoje rodyklės ant adatėlės uždėta kurso skalė. Kad skalė mažiau virpėtų, ji yra skystyje. Tokie magnetiniai kompasai būna paprastos konstrukcijos, patikimi ir maži, tačiau turi rimtų trūkumų, dėl kurių jie negali tiksliai matuoti šiuolaikinių orlaivių kurso. Svarbiausieji iš jų yra šie:

kompasas yra jautrus pašaliniams (ne Žemės) magnetiniams laukams;
arčiau magnetinių polių Žemės magnetinio lauko horizontalioji dedamoji sumažėja, ji nebegali pasukti kompaso skalės, todėl kompaso didesnėse kaip 70° platumose naudoti nebegalima;
kompaso negalima naudoti kaip kurso signalo daviklio, nes iš jos neįmanoma nuotoliniu būdu perduoti elektrinio skalės padėties signalo;
trintis su adatėle ir skystis trukdo skalei sukiotis, sukantis orlaiviui skystis „velka“ skalę, o ant adatėlės pakabinta skalė virpa. Kompasas tinkamas naudoti tik tada, kai orlaivio padėtis nusistovėjusi;
kompaso paklaidos padidėja orlaiviui darant pokrypius, posvyrius ir polinkius, ypač kai yra didesni pagreičiai ir kai kompaso padėtis yra nehorizontali.

Dėl minėtų trūkumų ir mažo tikslumo magnetiniai kompasai didesniuose orlaiviuose naudojami kaip atsarginiai, kai sugenda kitos kurso matavimo priemonės.

Orlaiviuose magnetiniam kursui nustatyti naudojami tikslesni indukciniai davikliai. Indukciniai davikliai (angl. Flux valve), kaip ir paprastieji kompasai, yra Žemės magnetiniam laukui jautrūs prietaisai. Daviklio elektrinis signalas – nepastovus ir jo negalima tiesiogiai siųsti į kabinos rodiklį. Geriausia indukcinio daviklio signalu suderinti giroskopą, kurio signalas tada atitinka magnetinį kursą ir yra pastovus orlaiviui darant manevrus erdvėje.

Paprasčiausią indukcinį daviklį sudaro dvi lygiagrečios šerdys iš „minkštos“ magnetinės medžiagos, pavyzdžiui, permalojaus. Permalojus net silpname magnetiniame lauke įsimagnetina iki įsotinimo ir visiškai išsimagnetina pašalinus lauką. Ant vienos šerdies užvyniota viena ritės pusė, o ant antrosios šerdies – tiksliai tokia pat kita ritės pusė, tik priešinga kryptimi (18 pav.).Tokia ritė L₁ vadinama pirmine. Šerdys ir ritė pagamintos labai tiksliai.

Avionika. Orlaivių padėties erdvėje nustatymo priemonės (2 dalis)

18 pav. Indukcinio daviklio schema

Tiekiant į pirminę ritę kintamąją elektros srovę U_F, šerdys įsimagnetins, kai srovė bus didelė. Abi ritės pusės ant šerdžių užvyniotos priešinga kryptimi, todėl šerdys įsimagnetins priešingai. Abiejų šerdžių priešingos krypties magnetiniai laukai Φ₁ kompensuosis ir bendrasis abiejų šerdžių magnetinis laukas bus lygus nuliui. Jei tokį daviklį pasieks išorinis, pavyzdžiui, Žemės magnetinis laukas H, jis šerdyse sukels vienodos krypties magnetinius laukus Φ₂. Laukai Φ₁ ir Φ₂ susisumuos, todėl vienos šerdies magnetinis laukas sustiprės, o kitos susilpnės. Bendrasis abiejų šerdžių magnetinis laukas bus nelygus nuliui. Bendrojo magnetinio lauko dydis tiksliai priklauso nuo šerdžių ir išorinio magnetinio lauko tarpusavio orientacijos α. Pasukus šerdis horizontaliojoje plokštumoje, bendrojo magnetinio lauko dydis yra proporcingas kampui tarp išorinio lauko linijų ir šerdžių ašių. Ant abiejų šerdžių su pirminėmis ritėmis užvyniojus bendrą kitą ritę L₂, kuri vadinama signaline, joje atsiras srovė, proporcinga bendrajam magnetiniam laukui jos viduje. Orlaivyje, tiksliai suorientuotam į magnetinę šiaurę, toks daviklis įtaisomas nejudamai taip, kad bendrasis laukas būtų lygus nuliui. Pasukus orlaivį, signalinėje daviklio ritėje L₂ atsiras srovė, proporcinga pasukimo kampui, t. y. orlaivio kursui. Toks daviklis veikia kaip magnetinis kompasas. Jis yra tikslesnis už magnetinį kompasą, o jo srovę galima siųsti nuotoliniu būdu, tačiau jis turi visus kitus paprastojo magnetinio kompaso trūkumus. Toks daviklis nereaguoja į pasukimo kryptį, nes cos(±α) = cosα.

Indukcinio daviklio savybes yra geresnės vietoje vienos poros šerdžių su ritėmis naudojant tris poras, išdėstytas trikampiu. Orlaiviuose indukciniai davikliai įtaisomi tokiose vietose, kur orlaivio konstrukcijos sukelti pašaliniai magnetiniai laukai mažiausiai iškraipo Žemės magnetinį lauką, pavyzdžiui, po sparnu ar netoli uodegos. Kad daviklis tiksliau veiktų ir jo šerdys išliktų horizontalios orlaiviui darant posvyrį ar polinkį, jis įtaisomas ant kardaninės platformos ir įdedamas į specialų skystį. Magnetiniai indukciniai davikliai, kaip savarankiški kurso nustatymo prietaisai, nenaudojami. Jie dažniausiai yra sudėtingesnių indukcinių kompasų (19 pav.) ar kurso sistemų davikliai.

19 pav. Indukcinis kompasas

Trikampiu išdėstytas indukcinio daviklio šerdis kerta Žemės magnetinis laukas H. Šerdžių ritės sujungtos su selsinu, todėl selsino apvijose tekančios srovės sukuria vidinį selsino magnetinį lauką, kurio orientacija yra tokia pati, kaip lauko H. Selsino viduje yra signalinė ritė SR, kurios srovė proporcinga šios ritės orientacijai vidiniame selsino lauke, t. y. lauke H. Stiprintuvas S stiprina šią srovę ir siunčia ją į elektros variklio valdymo apviją VVA. Variklis suka ant jo ašies uždėtą kurso skalę ir ritę SR, kol jos srovė sumažės iki nulio. Skalė pasisuka ir sustoja ties indeksu, rodančiu magnetinį kursą. Pasukus orlaivį, pasikeičia indukcinio daviklio orientacija H lauke, signalinėje ritėje SR vėl atsiranda srovė, variklis pasuka skalę iki kitos padėties ir rodomas kitas kursas.

Kai orlaivis manevruoja, indukcinio daviklio signalas kinta, todėl tiksliai pakeisti kurso nepavyksta: nusistovėjus orlaivio padėčiai kursą reikia patikslinti.

1.7. Padėties erdvėje nustatymo priemonės

Valdant orlaivį, nuolat matuojamos jo kampinės padėtys erdvėje – polinkis, posvyris ir skrydžio kursas. Taip pat matuojamas padėties erdvėje kitimo greitis (kitimo tempas), o kai kada – net kitimo pagreitis. Polinkius, pokrypius ir jų kitimo greičius matuoja giroskopiniai prietaisai – aviahorizontai, girovertikalės ir posūkių rodikliai. Didesniuose orlaiviuose šiuos prietaisus dubliuoja inercinės navigacijos sistemos. Skrydžio kursus matuoja magnetiniai kompasai, giroskopiniai kurso matuokliai ir įvairios magnetinės, palydovinės ir inercinės sistemos.

Giroskopiniai prietaisai ir sistemos

Giroskopiniais tokie prietaisai ir sistemos vadinami todėl, kad jų pagrindinė sudėtinė dalis yra giroskopas. Turint pastovų giroskopo signalą, skrendant galima automatiškai stabilizuoti kampines orlaivio padėtis ar jas tiksliai pakeisti. Vis plačiau naudojamos giroskopinės stabilizavimo sistemos, kurios reikalingos ne tik orlaivio padėčiai nustatyti, bet dar stabilizuoja erdvėje orlaivio įrenginius – antenas, fotoaparatus, termovizorius, o kariniuose orlaiviuose – ginkluotę.

Viena geriausių giroskopo savybių, dėl kurios jis naudojamas orlaiviuose, yra ta, kad, sukantis rotoriui, pagrindinė giroskopo ašis nekeičia savo padėties erdvėje net ją stumiant jėga. Matuojant kampines orlaivio padėtis erdvėje, naudojami giroskopai, kurių pagrindinė ašis orientuota horizontaliai arba vertikaliai. Matuojant orlaivio posūkių dydį į kairę ar į dešinę (pokrypius), pagrindinė giroskopo ašis turi būti horizontali. Orlaivio polinkis ar posvyris matuojami vertikaliai pastatytos pagrindinės giroskopo ašies atžvilgiu.

Nekeičiant kampo tarp horizontalios giroskopo pagrindinės ašies ir orlaivio išilginės ašies, galima skristi tiesiąja linija, nenukrypstant į šalį, galima tiksliai pasukti orlaivį reikiamu kampu ir toliau vėl skristi tiesiai. Blogai yra tai, kad giroskopas pats negali pastatyti savo pagrindinės ašies viena kuria nors kryptimi, kaip tai daro magnetinis kompasas, kurio rodyklė visada pasisuka į šiaurinį magnetinį polių. Norint skristi reikiama kryptimi, būtina iš pradžių orlaivio išilginę ašį sutapatinti su šia kryptimi kitomis priemonėmis, o po to jau galima skristi pagal giroskopą. Laikui bėgant, giroskopo pagrindinė ašis savaime keičia savo padėtį erdvėje dėl netikslaus jo pagaminimo ir trinties ašių guoliuose, tai vadinama savaimine giroskopo precesija. Tiksliai pagamintų giroskopų savaiminė precesija yra maždaug kelios dešimtosios laipsnio per valandą. Sukantis Žemei, atrodo, kad giroskopo pagrindinė ašis krypsta, tai vadinama stebimąja precesija. Jos dydis yra proporcingas Žemės sukimosi greičiui ir geografinei platumai, kurioje yra giroskopas. Ilgiau veikiant giroskopo rėmelius išorine jėga, pagrindinė ašis pradeda krypti, tai vadinama priverstine precesija. Kuo ilgiau ir kuo didesnė išorinė jėga veikia vieną rėmelį, tuo greičiau apie kito rėmelio ašį pradeda suktis pagrindinė ašis.

Priverstinė giroskopų precesija vykdoma norint išlaikyti jų pagrindinę ašį horizontalią ar vertikalią, nes tik tada galima matuoti polinkius, posvyrius ir pokrypius. Indukcinio daviklio signalu galima valdyti pagrindinės ašies orientaciją, sutapatinant ją su magnetiniu dienovidiniu. Tada giroskopas geba matuoti magnetinį kursą ir jį tiksliai rodo orlaiviui darant manevrus. Priverstinė precesija vykdoma ant giroskopo rėmelio ašies uždėtu nuolatinės srovės elektros varikliuku, kuris, nesukdamas rėmelio ašies, sukelia sukimo jėgą. Valdant varikliuko srovę, šią jėgą galima keisti.

Kurso giroskopo pagrindinę ašį visada reikia išlaikyti horizontalią, o girovertikalėse ir aviahorizontuose – vertikalią. Orlaivyje reikia turėti prietaisą, kuris galėtų tiksliai nustatyti vertikalę. Toks prietaisas yra mechaninio svambalo analogas – gulsčiukinis daviklis (20 pav.). Jį sudaro hermetiškas indelis (1), iš dalies pripildytas elektrai laidžiu skysčiu (2), kita dalis (4) pripildyta inertinių dujų. Indelio viduryje ir galuose yra elektros kontaktai (3, 5 ir 6). Kai indelio padėtis yra horizontali, elektrolitas galinius kontaktus (3 ir 5) apsemia lygiai ir varža tarp vidurinio bei abiejų galinių kontaktų – vienoda.

20 pav. Gulsčiukinis daviklis

Palenkus daviklį nuo horizontalios padėties, daugiau skysčio suteka į žemesnį indelio galą, abiejų pusių varžos tampa nevienodomis. Varžą atitinkantis signalas stiprinamas ir siunčiamas į atitinkamą korekcijos elektros varikliuką. Varikliukas turi dvi valdymo apvijas VA. Į vieną jų siunčiamas signalas, proporcingas vienos pusės daviklio varžai, o į kitą apviją – kitos pusės varžai.

Kurso giroskopai

Kurso giroskopais matuojamas orlaivio kursas giroskopo pagrindinės ašies atžvilgiu. Kurso giroskopas naudojamas norint tiksliai pasukti orlaivį reikiamu kampu (pakeisti kursą). Kurso matavimo esmė tokiu giroskopu yra ta, kad pagrindinė jo ašis, orlaiviui keičiant kursą, išlieka nepakitusios padėties, orlaivis pats pasisuka šios ašies atžvilgiu. Jei orlaivis toliau skrenda nekeisdamas kurso, kampas tarp jo išilginės ašies ir giroskopo pagrindinės ašies nesikeičia.

Kurso giroskopas arba giropuskompasis yra giroskopas, kurio išorinė ašis – vertikali, o pagrindinė ašis – horizontali ir palaikoma šioje padėtyje korekcijos sistema (21 pav.). Pagrindinė tokio giroskopo ašis, būdama horizontali, gali būti pasisukusi bet kuriuo kampu orlaivio išilginės ašies atžvilgiu, pavyzdžiui, prieš orlaiviui pakylant, ji gali būti statmena šiai orlaivio ašiai.

21 pav. Kurso giroskopas

Kurso giroskopo – kardaninė pakaba, sudaryta iš dviejų rėmelių – išorinio ir vidinio. Išorinio rėmelio ašis Z yra vertikali ir gali sukiotis prietaiso korpuse (orlaivio korpuse) įtaisytuose guoliuose. Vidinio rėmelio ašis Y yra horizontali ir gali sukiotis guoliuose, įtaisytuose išoriniame rėmelyje. Prie vidinio rėmelio tvirtinamas gulsčiukinis daviklis, kuris yra jautrus pagrindinės ašies nuokrypai nuo horizontaliosios padėties. Daviklio signalais, siųstais į horizontalumo korekcijos variklį, vykdoma giroskopo korekcija, palaikant jo pagrindinę ašį horizontalioje padėtyje. Įstačius selsino statorių orlaivio korpuse nejudamai, o selsino rotorių (kurso signalų daviklį) uždėjus ant išorinio rėmelio ašies Z, galima matuoti orlaivio kurso pasikeitimus, keičiant skrydžio kryptį, ar skristi tuo pačiu kursu.

Pasisukus orlaiviui (pakeitus kursą), pagrindinė giroskopo ašis padėties nepakeičia. Išoriniam rėmeliui pasisukti neleidžia pagrindinė ašis, todėl orlaivis pasisuka giroskopo atžvilgiu. Pasisukus orlaiviui, selsino statorius pasisuka rotoriaus atžvilgiu, todėl selsino signalas – proporcingas orlaivio posūkiui. Šį signalą nuotoliniu būdu galima siųsti į kabinos rodiklį, į automatinio valdymo sistemas ar kitus įrenginius. Kurso giroskopus galima rasti senesniuose orlaiviuose, kur nėra tobulesnių navigacijos sistemų.

Kurso giroskopas, skirtingai nuo indukcinio kompaso, negali rodyti magnetinio kurso (kampo magnetinio dienovidinio atžvilgiu). Jo pagrindinė ašis išlieka toje inertinės erdvės padėtyje, kurioje ji buvo pasibaigus giroskopo įsisukimo laikui. Toks giroskopas naudojamas tada, kai, skrendant orlaivio kursas ar bent jo pradinė reikšmė matuojama kitomis priemonėmis. Naudojant kurso giroskopą galima tik pasukti orlaivį norimu kampu ir skristi pasirinkta kryptimi. Toks giroskopas dėl to vadinamas giropuskompasiu.

Pagrindinės kurso giroskopo paklaidų (pagrindinės ašies nuokrypos nuo nustatytos padėties) atsiradimo priežastys yra dvi:

Žemės sukimasis apie savo ašį;
savaiminė pagrindinės ašies nuokrypa nuo horizontalios padėties.

Atliekant kurso giroskopo korekcijas (priverstinį pagrindinės ašies pasukimą, lygų nuokrypos dydžiui, bet priešinga kryptimi), jį galima kelias valandas naudoti kaip savarankišką prietaisą kursui matuoti. Kaip kurso davikliai, tokie giroskopai naudojami kurso sistemose. Orlaiviui keičiant padėtį erdvėje, giroskopų valdymas išjungiamas korekcijos išjungikliais, bet selsinų signalai išlieka nepakitę ir lakūnai gali tiksliai pasukti orlaivį (pakeisti kursą) bet kuriuo kampu.

Kurso giroskopo paklaidos dėl Žemės sukimosi atsiranda todėl, kad giroskopas nekeičia savo padėties visatos atžvilgiu. 22 pav. matomos kelios giroskopo padėtys ant Žemės. Sukantis Žemei kampiniu greičiu Ω = 15º/val., giroskopas B, kurio pagrindinė ašis ties pusiauju orientuota pagal tikrąjį dienovidinį, savo padėties Žemės atžvilgiu nekeis. Giroskopo C vertikali ašis po šešių valandų taps horizontali ir per parą ji apsivers vieną kartą. Giroskopas D, kurio ašis ašigalyje yra vertikali, padėties nekeis. Giroskopo E horizontali ašis ašigalyje suksis kampiniu greičiu ΩE = Ω sinφ = 15º/val.

22 pav. Kampinio greičio ΩV = Ω sinφ nustatymas

Pastatykime veikiantį nevaldomą giroskopą A kurioje nors Žemės vietoje, pavyzdžiui., Vilniuje, tokioje pradinėje padėtyje:

pagrindinė ašis – horizontali ir nukreipta į šiaurę;
vidinio rėmelio ašis – horizontali ir nukreipta į rytus;
išorinio rėmelio ašis – vertikali.

Ilgiau stebint giroskopą bus matyti, kad pagrindinės jo ašies galas, nukreiptas į šiaurę, pamažu sukasi į rytus. Kampinis ašies pasisukimo greitis lygus ΩA = Ω sinφ, čia φ – geografinė platuma. Pavyzdžiui, platumoje 30º giroskopo pagrindinė ašis horizontalioje plokštumoje suksis 7,5º per valandą greičiu. Taip pat bus matyti, kad šiaurinis pagrindinės ašies galas dar kyla aukštyn. Jei toks giroskopas (B) būtų pastatytas Žemės pusiaujo taške, jo pagrindinė ašis nesisuktų į rytus ir nekiltų aukštyn. Kurso giroskopo nuokrypų dydis ir kryptis priklauso nuo jo orientacijos, geografinės platumos, orlaivio skrydžio krypties ir greičio. Naudoti kurso giroskopą orlaivyje galima tik atliekant dvi priverstines precesijas:

atsukant atgal giroskopo ašį signalu, proporcingu geografinei platumai. Tai atliekama tiekiant atitinkamo dydžio valdymo įtampą į azimuto korekcijos varikliuką iš kabinos pulto. Tada ašies orientacija nesikeis;
neleidžiant jai nukrypti nuo horizontalios padėties. Tai daroma gulsčiukinio daviklio signalą tiekiant į horizontalumo korekcijos varikliuką.

Jeigu suspėtume laiku ir tiksliai atlikti giroskopo azimuto ir horizontalumo korekcijas, jį galėtume naudoti skrendant ortodrome, net ir ašigaliuose. Ortodrominis kursas dažnai vadinamas giropuskompasiniu (pagal matavimo būdą). Nuo giroskopinio kurso jis skiriasi tik tuo, kad kompensuojama giroskopo ašies nuokrypa dėl Žemės sukimosi darant platumos korekciją ir ašis išlaikoma horizontalioje padėtyje atliekant horizontalumo korekciją. Per pirmąją valandą kurso paklaida siekia maždaug 1º, bet ilgiau skrendant paklaida didėja greičiau.

Azimuto korekcija atliekama automatiškai arba rankiniu būdu, valdymo pulte rankenėle nustatant naujas platumos reikšmes, kurios kinta orlaiviui skrendant. Rankenėle keičiamas paduodamos į korekcijos varikliuką įtampos dydis, kuris yra proporcingas geografinei platumai. Skrendant tiksliai į rytus ar į vakarus, platuma nesikeičia. Tada rankenėle nustatoma platumos reikšmė, kurios skrendant keisti nereikia. Skrendant šiaurės pietų kryptimi, platuma keičiasi greičiausiai. Tada rankenėle reikia nustatyti naujos platumos reikšmę, jai pasikeitus daugiau kaip 1º. Kurso giroskopas arba giropuskompasis yra viena seniausių orlaivių navigacijos priemonių, veikiančių visose geografinėse platumose.

Giromagnetiniai kompasai

Darant orlaiviui posvyrius ir pokrypius, kurso giroskopas išlaiko pradinę kryptį, nuo kurios matuojamas kursas. Kurso giroskopas nepatogus lakūnams, nes jame negalima nustatyti su magnetiniu ar tikruoju dienovidiniu sutampančios atraminės kurso atskaitos krypties. Skrendant reikalinga azimuto ir horizontalumo korekcijos. Kintant orlaivio geografinei platumai, reikia rankiniu būdu valdymo pulte nustatinėti naujas platumos reikšmes, jei to automatiškai nedaro skrydžio valdymo sistema. Ilgiau skrendant prietaiso tikslumas blogėja.

Indukcinis kompasas matuoja magnetinį kursą, bet jo rodmenys netikslūs orlaiviui atliekant manevrus, šis kompasas neveikia didesnėse kaip 70° geografinėse platumose. Atliekant kurso giroskopo azimuto korekciją indukcinio daviklio signalu, galima matuoti magnetinį kursą, toks kompasas vadinamas giromagnetiniu. Šio kompaso, kurio pagrindinė dalis yra giroskopas, yra du veikimo režimai: magnetinės korekcijos MK ir giropusiaukompasinis GPK. Magnetinė giroskopo pagrindinės ašies korekcija (orientacija pagal magnetinį dienovidinį) atliekama, kai yra indukcinio daviklio signalas, geografinės platumos signalo nereikia. Arčiau Žemės ašigalių naudojamas giropuskompasio režimas (prietaisas veikia kaip kurso giroskopas, atliekant azimuto korekciją geografinės platumos signalu).

Giromagnetinį kompasą sudaro indukcinis magnetinio kurso daviklis, giroskopas su korekcijos mechanizmais ir rodiklis kabinoje. Į kabinos rodiklius ir kitoms orlaivio sistemoms kurso signalas siunčiamas selsinais: ant išorinio giroskopo rėmelio ašies uždėtas selsino daviklio rotorius, o statorius įtaisytas giroskopo korpuse, t. y. orlaivio korpuse.

Giromagnetinis girokompasas suderina savyje teigiamas indukcinio daviklio ir kurso giroskopo (giropuskompasio) savybes. Indukcinis daviklis geba iš visų krypčių pasirinkti tik vieną – magnetinį dienovidinį: daviklis matuoja magnetinį kursą.

Orlaiviui darant polinkius, pokrypius ir posvyrius indukcinis daviklis virpa, jį veikia išcentrinės jėgos. Trumpalaikiai indukcinio daviklio signalo pokyčiai nespėja pakeisti giroskopo pagrindinės ašies padėties. Net staigiai pasikeitus indukciniam daviklio signalui, giroskopas „amortizuoja“ tokias nuokrypas ir į kabinos prietaisus, ir kitas sistemas jos nepatenka. Giromagnetinis kompasas rodo indukcinio daviklio matuojamo kurso svyravimų vidurkį. Toks kursas vadinamas giromagnetiniu.

Orlaiviui ilgiau atliekant manevrą, netikslus indukcinio daviklio signalas nors ir lėtai, bet gali pradėti priverstinę giroskopo azimuto precesiją. Kad taip neatsitiktų, indukcinio daviklio signalą laikinai atjungia korekcijos išjungiklis.

Aviahorizontai ir girovertikalės

Giromagnetinis kompasas gana tiksliai matuoja magnetinį kursą ir gali veikti kaip kurso giroskopas (GPK režimu), tačiau negali matuoti orlaivio polinkių ir posvyrių. Šiuos orlaivio padėties erdvėje elementus matuoja aviahorizontai ir girovertikalės. Pagrindinė jų dalis yra giroskopas, kurio rotoriaus ašis orientuota vertikaliai. Šioje padėtyje ašį palaiko du gulsčiukiniai davikliai: vieno signalas naudojamas ašies polinkio kompensacijai, kito – posvyrio kompensacijai. Aviahorizontai įtaisomi kabinos prietaisų lentoje arba jie būna nuotoliniai, kai giroskopas yra techniniame skyriuje, o polinkio ir posvyrio rodiklis (23 pav.) – kabinoje.

23 pav. Padėties erdvėje rodiklis

Kai aviahorizontas yra kabinos prietaisų lentoje, jo skalė tiesiogiai sujungta su giroskopo rėmeliu. Skalė sužymėta laipsniais, polinkis matuojamas nuo orlaivio simbolio, o posvyris – nuo indekso prietaiso viršuje. Didesnio orlaivio aviahorizontas rodo daugiau navigacijos elementų. Nuotolinio aviahorizonto skalė valdoma selsinais.

Aviahorizontų giroskopai nėra labai tikslūs, jų skalės nedidelės. Tikslesnės yra girovertikalės, nes jų giroskopų kinetinis momentas yra didesnis. Jos įtaisytos orlaivių masių centre, kad jas mažiau veiktų išcentrinės jėgos. Automatinio skrydžio trajektorijos valdymo sistemoms reikia daug tikslesnio orlaivio padėties matavimo, jos signalus gauna iš girovertikalių. Pastarosios neturi kabinos rodiklių, jos tik siunčia polinkio ir posvyrio signalus kitiems įrenginiams. Naudojamos trys vienodos girovertikalės, savikontrolės schema tikrina jų veikimą lygindama kiekvienos signalus su kitų dviejų signalais. Sugedusios girovertikalės signalas skirsis nuo kitų dviejų, tada lakūnams rodomas pranešimas apie šios girovertikalės gedimą.

Inercinės navigacijos sistemos

Inercinės navigacijos sistemos yra autonomiškos navigacijos priemonės, joms nereikia antžeminių radijo stočių ir Žemės magnetinių laukų. Jos geba navigacijos metu naudoti duomenis iš kitų orlaivio sistemų, pavyzdžiui, iš DME aparatūros, GPS imtuvo ar oro duomenų kompiuterio. Tada navigaciniai skaičiavimai būna tikslesni. Sistema siunčia navigacijos signalus į lakūnų kabinos prietaisus ir kitoms orlaivio sistemoms. Pagrindinis inercinės sistemos duomenų vartotojas yra orlaivio skrydžio valdymo sistema FMS (angl. Flight management system). Tikslūs navigacijos duomenys gaunami tik suderinus sistemą prieš skrydį: nustačius pulte orlaivio stovėjimo vietos geografinės platumos ir ilgumos koordinates (pradinę vietą), kryptį į tikrąją šiaurę ir vietos vertikalę (pradinius kursą, polinkį ir posvyrį).

Įkėlus į sistemą informaciją apie pradinę orlaivio padėtį, skrendant ji toliau nuolat tiekia tikslius duomenis apie orlaivio faktinę vietą, jo padėtį erdvėje (trajektorijoje), jo magnetinį ar tikrąjį kursą bei matuoja jo kelio ir vertikalųjį greičius, vėjo kryptį ir greitį, orlaivio nuonašą ir kt. (24 pav.). Tai daroma matuojant orlaivio pagreičius ir jo posūkius koordinačių ašių atžvilgiu bei apdorojant matavimų duomenis kompiuteriu.

24 pav. INS naudojimas orlaivių navigacijoje

Inercinės sistemos nustato orlaivio padėtį ir greičio vektorių trimatėje koordinačių sistemoje, todėl jose įrengti trys pagreičių matuokliai (akcelerometrai) ir trys giroskopai. Visi šie šeši sistemos komponentai ir kompiuteris yra viename modulyje, kuris dažniausiai vadinamas inerciniu kurso ir padėties įrenginiu IRU (angl. Inertial reference unit).

Pagreitmačiai orientuoti pagal tris orlaivio ašis X, Y ir Z, todėl vienas pagreitmatis matuoja pagreičius šiaurės pietų kryptimi, kitas – rytų vakarų kryptimi, trečiasis – vertikaliuosius pagreičius. Giroskopai, naujesnėse sistemose lazeriniai, matuoja orlaivio posūkius apie šias ašis. Pagreitmačių signalai stiprinami ir siunčiami į integratorių. Atlikus pirmąjį integravimą, gaunamas signalas, atitinkantis orlaivio greitį minėtomis trimis kryptimis. Atlikus integravimą dar kartą, gaunamas signalas, atitinkantis šiomis kryptimis nuskristam keliui. Pavyzdžiui, trečiojo pagreitmačio signalas, jį vieną kartą integravus, yra proporcingas vertikaliajam orlaivio greičiui (nebereikia barometrinio variometro), o integravus antrą kartą – orlaivio skrydžio aukščiui nuo pradinės vietos.

Skrydžio kryptis nuo pradinės krypties matuoja trys giroskopais. Orlaiviui pasisukus, kiekvieną kartą matuojamas visų jo pasisukimų erdvėje dydis. Pagreitmačiai ir giroskopai (IRU) yra netoli orlaivio masių centro, kad juos mažiau veiktų išcentrinės jėgos.

Pagrindinis reikalavimas, kad inercinė sistema gerai veiktų, yra jos suderinimas prieš skrydį orlaiviui stovint. Derinimo metu sistema nustato vietos vertikalę ir kryptį į tikrąją šiaurę. Derinant naudojami visi giroskopai ir pagreitmačiai, pastarieji tada nusistovi nulinėje padėtyje. Derinimo metu orlaivis juda tik kartu su Žeme, jokio kito orlaivio judėjimo jos paviršiuje neturi būti.

Inercinės sistemos turi kuo tiksliau matuoti visus orlaivio valdymo ir navigacijos elementus, todėl jų elektriniai giroskopai kartu su pagreitmačiais (IRU modulis) įtaisyti ant horizontaliai stabilizuotos platformos, kad matavimų paklaidos būtų mažesnės. Jei giroskopai lazeriniai, IRU tvirtinamas tiesiogiai prie orlaivio korpuso, tada matavimų paklaidas koreguoja kompiuteris.

Įjungus INS, reikia apie 10 minučių giroskopo ir pagreičių matuoklių suderinimui (vertikalės nustatymui, giroskopų ašių suorientavimui į šiaurę ir į rytus bei pagreitmačių signalų nulinimui). Toliau IRU kompiuteris pradeda tiksliai skaičiuoti visus valdymo ir navigacijos elementus, pavyzdžiui, po 1 skrydžio valandos nuokrypa nuo pasirinktojo kelio gali būti ne didesnė kaip 2 jūrmylės. Jei orlaivyje radiotechninės ar palydovinės navigacijos priemonės kuriuo nors metu navigacijos elementus matuoja tiksliau, IRU kompiuterio skaičiavimus galima pakoreguoti šių navigacijos priemonių signalais.

Straipsnis parengtas įgyvendinant Europos socialinio fondo bei Švietimo ir mokslo ministerijos remiamą projektą „Mokslininkų vietinio ir tarptautinio bendradarbiavimo skatinimas bei kompetencijų ugdymas“.

Avionika. Orlaivių padėties erdvėje nustatymo priemonės

Išsamesnė informacija apie šį projektą: http://is.mokslasplius.lt/apie-projekta/.