|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Автопілот. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Автопілот є сукупністю декількох пристроїв, спільна робота яких дає можливість автоматично, без участі людини, керувати рухом літака або ракети. Створення автопілота склало важливу епоху в історії авіації, оскільки зробило повітряні польоти набагато безпечнішими. Щодо ракетної техніки, де всі польоти здійснюються в безпілотному режимі, то без надійних автоматичних систем управління ця техніка взагалі не могла б розвиватися.
Головна ідея автоматичного пілотування полягає в тому, що автопілот суворо підтримує правильну орієнтацію апарату, що переміщається в просторі. Завдяки цьому апарат, по-перше, утримується в повітрі і не падає, а по-друге, не збивається із заданого курсу, оскільки від правильної орієнтації насамперед залежить траєкторія його польоту. У свою чергу, орієнтація апарату у просторі визначається трьома кутами. По-перше, це кут тангажу, тобто кут між поздовжньою віссю апарату та площиною землі (або, як кажуть, площиною горизонту). Відстеження цього кута дозволяє літаку зберігати поздовжню стійкість - не "клювати носом", а ракеті, що здійснює політ балістичною траєкторією, - точніше вразити ціль. По-друге, це кут ризику, тобто кут між поздовжньою віссю апарату і площиною польоту (так ми назвемо площину, перпендикулярну до площини горизонту і проходить через точку старту і точку мети). Кут ризику вказує на відхилення апарата від заданого курсу. І, по-третє, це кутом крену, тобто кут, який виникає при повороті корпусу апарата навколо його поздовжньої осі. Своєчасне виправлення крену дозволяє літаку зберігати поперечну стійкість і гасить безладне обертання ракети. Автоматичне управління апаратом було б неможливо, якби не існувало надійного та простого способу визначення цих кутів. На щастя, такий спосіб є, і він заснований на властивості гіроскопа, що швидко обертається, зберігати незмінним у просторі положення своєї осі. Найпростішим гіроскопом є дитячий дзига, що швидко обертається навколо своєї осі. Спробуйте повалити його клацанням, і ви побачите, що це неможливо - дзига лише відскочить убік і продовжуватиме обертання.
Однак вісь OA дзиги не має постійної орієнтації, оскільки її кінець A не закріплений. Гіроскопи, що застосовуються в техніці, мають набагато складніший пристрій: ротор (власне дзига) закріплюється тут в рамках (кільцях) 1 і 2 так званого карданова підвісу, що дає можливість осі AB зайняти будь-яке положення в просторі. Такий гіроскоп може здійснювати три незалежні повороти навколо осей AB, DE і GK, що перетинаються в центрі підвісу O, який залишається нерухомим щодо основи. Головна властивість гіроскопа, що швидко обертається, як уже було сказано, полягає в тому, що його вісь прагне стійко зберігати у світовому просторі наданий їй початковий напрямок. Наприклад, якщо ця вісь спочатку була спрямована на якусь зірку, то при будь-яких переміщеннях самого приладу і випадкових поштовхах вона продовжуватиме вказувати на цю зірку навіть тоді, коли її орієнтація щодо земних осей зміниться. Вперше цю властивість використав у 1852 році французький фізик Фуко для експериментального доказу обертання Землі навколо її осі. Звідси і сама назва "гіроскоп", що в перекладі з грецької означає "спостерігати обертання".
Друга важлива властивість гіроскопа виявляється, коли на його вісь (або рамку) починає діяти якась зовнішня сила, що прагне повернути її щодо центру підвісу. Наприклад, якщо сила P буде діяти на кінець осі AB, то гіроскоп, замість того щоб відхилитися у бік дії сили (як це було б у тому випадку, якби ротор не обертався), нахилятиметься в напрямку, строго перпендикулярному дії сили, то е. (у нашому випадку) почне обертатися навколо осі DE, причому з постійною швидкістю. Це обертання називається прецесією гіроскопа, і воно буде тим повільнішим, чим швидше обертається навколо осі AB сам гіроскоп. Якщо в якийсь момент дія зовнішньої сили припиняється, то одночасно припиняється прецесія, і вісь AB миттєво зупиняється.
Прецесію можна спостерігати і у такого простого гіроскопа, яким є дитячий дзига, у якого роль центру підвісу грає точка опори. Якщо дзига розкрутити таким чином, що вісь його буде не перпендикулярна підлозі, а нахилена до нього під якимось кутом, то можна побачити, що вісь такого дзиги відхиляється не в бік дії сили тяжіння (тобто вниз), а в перпендикулярному напрямку, тобто вісь починає обертатись навколо перпендикуляра до підлоги, опущеної в точку опори. На цих двох властивостях гіроскопа засновано декілька приладів, що використовуються в автопілоті. У 70-х роках XIX століття гіроскопи почали застосовувати у військовій справі в автоматах курсу морських торпед. У момент пуску торпеди ротор встановленого у ньому гіроскопа розкручувався до швидкості кілька тисяч обертів за хвилину. Після цього його вісь була весь час спрямована на ціль.
До осі гіроскопа прикріплювався ексцентрик - диск, центр якого було зсунуто від осі вертикального кільця автомата. Ексцентрик упирався в шток золотника: коли торпеда йшла точно на ціль, поршеньки золотника закривали отвори трубопроводів 1 і 2, і поршень кермової машини залишався нерухомим. Якщо ж торпеда з якоїсь причини відхилялася від курсу, то ексцентрик, пов'язаний з гіроскопом, залишався нерухомий, а шток золотника під дією пружини зісковзував ліворуч або праворуч і відкривав отвір, через яке стиснуте повітря трубопроводом 1 або 2 надходив у кермову машину. Під дією стисненого повітря поршень кермової машини починав рухатися і перекладав кермо, отже торпеда поверталася на правильний курс.
Потім гіроскопи знайшли широке застосування авіації. У розділі, присвяченій аероплану, вже йшлося про те, якою важливою проблемою для перших авіаторів було збереження в польоті правильної орієнтації літаків. Багато конструкторів думали тоді над створенням автоматичних стабілізаторів. 1911 року американський льотчик Сперрі розробив перший автоматичний стабілізатор з масивним гіроскопом. Вперше літак із таким стабілізатором піднявся у повітря 1914 року. А на початку 20-х фірма Сперрі створила вже справжній автопілот. Перші автопілоти керували лише кермами та стежили за збереженням заданого режиму польоту. Подальший їх розвиток призвів до появи систем, що автоматизують керування як кермами, так і двигунами літального апарату. Подібні автопілоти вже допускали польоти без екіпажу та керування літальним апаратом на відстані. Вони знайшли застосування у перших ракетах. Раніше за інших із проблемою автоматичного управління ракетою зіткнулися німецькі конструктори - творці першої в історії балістичної ракети "Фау-2". Автомат стабілізації "Фау-2" складався з гіроскопічних приладів "Обрій" та "Вертикант".
"Горизонт" дозволяв визначити площину горизонту та кут нахилу (кут тангажу) ракети щодо цієї площини. Ротор 1 гіроскопа був у той же час якорем асинхронного електродвигуна, обмотка якого 2 живилася змінним струмом. Перед стартом ракети "Обрій" мали таким чином, щоб вісь обертання ротора була паралельна лінії горизонту. Для цієї мети до складу системи управління входив маятник (висок) 5, що фіксував відхилення осі гіроскопа. Якщо ця вісь відхилялася вгору або вниз від горизонтального напрямку, маятник також відхилявся убік і замикав контакт з одного або з іншого боку. При цьому електромагніт 6 надходив сигнал тієї чи іншої полярності. Електромагніт починав діяти на вісь гіроскопа вздовж осі ігор вгору або вниз від центру обертання. Внаслідок цього виникала прецесія, що розгортає гіроскоп перпендикулярно силі, що відхиляє. Прецесія тривала доти, доки вісь ротора не поверталася в горизонтальне положення. Як це відбувалося, контакт маятника 5 розмикався і прецесія миттєво припинялася. Перед стартом коригуючий пристрій вимикався. Відхилення ракети від заданого кута тангажу фіксувалося за допомогою потенціометра - простого пристрою датчика зі змінним опором. Він був кільцеподібний каркас, на який намотувався дріт. Цим каркасом ковзала щітка-контакт. Якщо щітка знаходилася на початку каркаса, в ланцюг включалося менше число витків дроту, відповідно опір потенціометра при цьому був меншим і напруга на виході теж виявлялося незначним (як відомо, падіння напруги U визначається законом Ома U = I R, де I - сила струму , R – опір). Якщо щітка пересувалася на кінець каркаса, опір потенціометра зростало, отже, збільшувалася напруга на виході. Щітка була пов'язана з чутливим пристроєм, який відзначав найменші зміни напруги. Якщо під час польоту кут між поздовжньою віссю апарату і площиною горизонту з якихось причин починав відхилятися від заданого, потенціометр 8, пов'язаний з корпусом апарату, повертався разом з ним відносно нерухомого в просторі гіроскопа і з'єднаної з ним контактної щітки. При цьому на виході потенціометра з'являвся електричний сигнал пропорційний за величиною куту відхилення. Цей сигнал посилювався і надходив на горизонтальні керма кермової машини, які вирівнювали ракету. Такий простий пристрій, втім, міг ефективно працювати тільки за порівняно незначного часу польоту. Під час тривалого польоту слід було враховувати обертання Землі, у цьому разі напрям осі гіроскопа доводилося вносити корекцію. "Обрій" дозволяв не тільки зберігати, а й змінювати кут тангажу відповідно до заданої програми. З описаної схеми видно, що якщо встановлений момент потенціометр 8 повернути на якийсь заданий кут, то керма спрацюють так, немов на той же кут відхилився сам апарат. Отже, повертаючи потенціометр можна викликати поворот ракети. "Горизонт" включав дуже простий програмний механізм, що складається з металевої стрічки 10, ексцентрика 11, крокового мотора 12 і храпового колеса 13. Ексцентрик мав профіль поверхні, відповідний заданій програмі. Кроковий мотор приводив його в рух через черв'ячну передачу (кроковий мотор був електромагнітом з якорем, коли на електромагніт подавався імпульс, якір притягувався до магніту і своїм ребром зрушував храпове колесо на один зуб). Таким чином, швидкість обертання храпового колеса залежала від частоти імпульсів, що подаються на електромагніт. Стопор 14 був засувкою, що не допускала поворот храпового колеса у зворотному напрямку.
Ідентично з "Обрієм" працював "Вертикант". Перед стартом ракети вісь ротора гіроскопа розташовувалась перпендикулярно до наміченої площині польоту, тому гіроскоп виявлявся нечутливим до еволюцій ракети по тангажу, але реагував на повороти по крену та курсу. Корекція гіроскопа була такою, як у "Горизонта", і здійснювалася до старту за допомогою маятника 3 і електромагніту 4. Після зльоту потенціометр 5 реагував на нишпорення ракети і передавав сигнали на кермі. Так як вісь, спрямована на ціль, збігалася з поздовжньою віссю ракети, то при виникненні нахилу потенціометр 7 в польоті переміщався щодо нерухомого движка (щітки), пов'язаної з гіроскопом. Сигнал передавався на кермо, яке виправляло крен. Автор: Рижов К.В.
▪ WD-40
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Робокопи на охороні аеропортів ▪ LG відмовилася від бізнесу мобільних телефонів ▪ Очі молі допоможуть рентгенології ▪ Сімейний кросовер Nissan Pathfinder
▪ розділ сайту Акустичні системи. Добірка статей ▪ стаття Засклимо веранду плівкою. Поради домашньому майстру ▪ стаття Чому деякі люди мають карликове зростання? Детальна відповідь ▪ стаття Розкладник лекал (розкладач-обмелівщик). Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Вихід із ПК на навушники. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Фокус із непарною картою. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page