|
|
Краткое содержание дисциплин
для специальности 181200
Курс «Физические основы гироскопии» построен на основе школьных курсов физики, математики и векторной алгебры, читаемой в первом семестре. Основные разделы: применение и классификация гироскопов, гироскопы в живой и неживой природе; кинематика и элементы конструкции гироскопа в кардановом подвесе; ускорение Кориолиса – вывод из геометрических соображений; правило прецессии гироскопа – вывод на основании второго закона Ньютона и понятия ускорения Кориолиса; правило гироскопического момента; примеры действия гироскопического момента; основные свойства двухстепенного гироскопа; двухстепенные гироширот и гирокомпас Фуко; понятие силы инерции и ее применение для построения акселерометров; электромеханические устройства – датчики углов и датчики моментов; применение закона Ома и законов электромагнетизма (закона Ампера и электромагнитной индукции) для построения измерительных и исполнительных устройств; применение закона Архимеда для построения поплавковых приборов.
Курс «Прикладная теория гироскопов» является базовым курсом при изучении гироскопических приборов и систем.
Основные разделы (часть 1). Свойства трехстепенного и двухстепенного гироскопа (ДГ); элементы теории трехстепенного гироскопа (ТСГ) в кардановом подвесе – составление уравнений движения методами Лагранжа, Эйлера и Даламбера; линеаризация уравнений – технические и прецессионные уравнения; поведение гироскопа при различных типовых воздействиях – нутация, прецессия, интерпретация движения гироскопа на картинной плоскости, передаточные функции ТСГ как звена системы автоматического управления, особенности уравнений и поведение гироскопа во вращающейся системе координат; гироскопические приборы ориентации подвижных объектов– гироскопические вертикали (авиагоризонты), гирокомпасы и гирополукомпасы, двухстепенные дифференцирующие и интегрирующие гироскопы.
Основные разделы (часть 2). Гироскопические стабилизаторы – назначение и классификация по системным признакам; одноосные гироскопические стабилизаторы (ОГС) – классификация по роли гироскопического момента; одноосные силовые, индикаторные и индикаторно-силовые (датчиках угловых скоростей и поплавковых интегрирующих гипроскопах) гироскопические стабилизаторы – уравнения движения, передаточные функции и структурные схемы, анализ устойчивости методом Гурвица, статический синтез контуров стабилизации и управления, динамический синтез контура стабилизации методом логарифмических характеристик, последовательность проектирования; применение ОГС в системах контроля железнодорожного полотна, в стабилизаторах оптических приборов, инклинометрии – определении ориентации ствола скважин.
Курс «Гироскопические приборы и системы ориентации и стабилизации»
Основные разделы (часть 1). Двухосные гироскопические стабилизаторы – классификация по конструктивным признакам применения гироблоков, крепления полезной нагрузки и установки стабилизирующих моторов; двухосные силовые гироскопические стабилизаторы (ДСГС) – работа каналов управления и стабилизации, математические модели с учетом взаимосвязи каналов и конструктивных особенностей стабилизирующих моторов; исследование устойчивости и последовательность синтеза контуров стабилизации; приборы ориентации, построенные по схеме ДСГС – силовые гироскопические вертикали (анализ поведения при прямолинейном полете и маневрировании самолета, математическая модель и анализ режима приведения в рабочее состояние), особенности эксплуатации. Двухосные индикаторные гироскопические стабилизаторы (ДИГС) – каналы стабилизации, управления и начальной выставки; математическая модель ДИГС на неподвижном и подвижном основании, особенности синтеза контуров стабилизации с учетом математической модели гироскопа; приборы, построенные по схеме ДИГС – двухосный гиростабилизатор телекамеры (двухкоординатный датчик угловой скорости линии визирования); описание режимов работы – арретирования, поиска объекта наблюдения, слежение за целью, прецессионные уравнения и их анализ.
Двухкомпонентные датчики угловых скоростей на основе трехстепенных и двухканальных гироскопов.
Основные разделы (часть 2). Рассматриваются трехосные гироскопические стабилизаторы (ТГС) и гироскопические системы, построенные на их основе: курсовертикали курсовых систем и инерциальные курсовертикали.
Классификация ТГС по структурному построению (двухосный ГС в одноосном, одноосный ГС в двухосном, трехосный с внешней и с внутренней азимутальной осью), по типу применяемых гироскопов и их расположению на платформе, особенностям формирования моментов разгрузки.
Теория и особенности построения курсовертикали (КВ) с позиционной коррекцией: прецессионные уравнения горизонтальных каналов и азимутального канала для различных режимов полета, особенности построения каналов стабилизации с учетом типа стабилизирующих моторов, особенности формирования законов управления дополнительной рамой при выполнении фигур высшего пилотажа. Точностные возможности КВ данного типа.
Теория и особенности построения инерциальных курсовертикалей: построение маятниковых систем невозмущаемых силами инерции переносного движения (однокоординатные математические и физические маятники – теорема М. Шулера, возможность практической реализации), моделирование физического маятника М. Шулера гироскопом с интегральной коррекцией; прецессионные уравнения горизонтальных каналов инерциальной курсовертикали и их точностной анализ.
Бескарданная карданная КВ: идея построения и основные функциональные алгоритмы, вопросы приборного построения.
Курс «Инерциальные навигационные системы»
Содержит общие вопросы построения инерциальных навигационных систем (ИНС) для подвижных объектов различного назначения, включающие – измерение абсолютных ускорений, компенсацию в измерительном канале ускорений Кориолиса, двукратное интегрирование, вычисление абсолютных угловых скоростей для управления платформой с акселерометрами, настройку незатухающих колебаний платформы на период М. Шулера – 84,4 мин (константа Земли наряду с ее радиусом, угловой скоростью и т.д.), классификацию ИНС (платформенные – геометрические, аналитические, полуаналитические и бесплатформенные), технические характеристики, достоинства и недостатки по сравнению с другими навигационными системами.
Основные разделы (часть 1). Основное уравнение функционирования ИНС в векторной форме для инерциальной системы координат (СК), произвольной вращающейся СК и СК горизонтальной, связанной с Землей; основное уравнение функционирования ИНС в матричной и скалярной формах для СК горизонтальной, связанной с Землей; алгоритмы функционирования ИНС для параметров ориентации в виде сферических координат для четырех типов ориентации в азимуте – географической, ортодромической, географической повернутой на 90° и свободной в азимуте.
Анализ работы вертикального канала ИНС – уравнение погрешностей формирования высоты, доказательство неустойчивости его работы даже за небольшой промежуток времени, необходимость комплексирования этого канала с сигналами баро- и радиовысотомеров.
Вопросы приборного построения ИНС на основе аналоговых вычислительных систем.
Основные разделы (часть 2).
Рассматриваются алгоритмы ИНС полуаналитического типа, предусмат-ривающие реализацию на бортовых ЦВМ. В этом варианте в качестве параметров ориентации используются направляющие косинусы, ИНС превращается в универсальную систему, выдающую в последовательном коде информацию практически о всех навигационных и пилотажных параметрах.
Навигационные алгоритмы формируются на основе векторной алгебры на сфере (эллипсоиде вращения) с учетом основного уравнения ИНС и кинематических уравнений по определению направляющих косинусов, которые пересчитываются в привычные сферические координаты. Основные модули алгоритмов: начальная выставка, включающая приведение измерительных осей акселерометров в заданное положение относительно плоскости горизонта и плоскости географического меридиана; автоматическая балансировка гироскопов – алгоритмы повышения точности; алгоритмы аппаратного и алгоритмического контроля; рабочие алгоритмы определения навигационных параметров – скоростей, координат, траекторных углов ориентации продольной оси самолета и вектора путевой скорости в азимуте относительно заданных направлений и т. д.
Рассматриваются особенности передачи информации в бортовом оборудовании самолета на основе последовательных, биполярных кодов в соответствии с ГОСТ и РТМ.
Курс «Бортовые вычислительные навигационных систем»
Современные гироскопические системы, системы автоматического управления (автопилоты) и тем более навигационные системы и в частности ИНС, содержат в своем составе либо встроенные вычислители, либо используют ресурсы центральных вычислителей.
В данном курсе рассматриваются вопросы аппаратного и программного построения навигационного вычислителя инерциальной навигационной системы полуаналитического типа с параметрами ориентации в виде направляющих косинусов (ИНС самолетов ИЛ-76, ИЛ-82), а также структура четырехуровневой бортовой цифровой вычислительной системы современного истребителя.
Курс «Гироскопы на новых физических принципах» отражает создание гироскопов на физических принципах, исключающих применение классической схемы гироскопа в кардановом подвесе. Основные разделы: тенденции развития гироскопической техники; сравнительные характеристики гироскопов разных поколений; вибрационные камертонные гироскопы; вибрационные роторные гироскопы; микромеханические гироскопы; динамически настраиваемые гироскопы; сферические гироскопы с неконтактным подвесом ротора: электростатические, магнитные с резонансным подвесом; оптические гироскопы: лазерные и волоконно-оптические; твердотельные волновые гироскопы
E-mail: 
info@telesys.ru
