2.6.1.Карданная погрешность ГКУ-5

Карданная погрешность - методическая погрешность ГКУ-5, зависящая от крена, дифферента и курса корабля, рассчитывается по формуле [8]:

         δК_кар= ИК- ,        (2.22)

где δК_кар  - карданная погрешность курса;

ИК - истинный курс корабля;

J - угол дифферента;

 - угол крена.

Погрешность возникает из-за того, что датчик курса СКТ-260, установленный на корпусе центрального прибора ГКУ-5 нестабилизирован в плоскости горизонта и, следовательно, измеряет курс в плоскости палубы корабля, которая во время качки отклоняется от горизонта на углы крена и дифферента. Данная погрешность не предупреждается и не компенсируется в ГКУ-5.

Широтная погрешность ГКУ-5

Широтная погрешность возникает из-за того, что для управления гироскопом предусмотрено конструктивное создание моментов по оси Z поплавка. Широтная погрешность определяется формулой (2.13):

.

Из формулы видно, что δК_φ зависит от параметров  и  и широты корабля. У ГКУ-5 эта погрешность из-за деления сигнала ИГ на  имеет синусоидальный закон изменения, т. е на экваторе она равна 0°, а на полюсе – величине .

Для предупреждения широтной погрешности в ГКУ-5 предусмотрена широтная коррекция положения гироскопа относительно плоскости меридиана. Для этого, согласно формуле (2.7) в БЭ-3 рассчитывается сигнал широтной коррекции:

).

По данному сигналу датчик момента ДМ_Z согласно формуле (2.6) создаёт корректирующий момент

),

при котором положение поплавка оказывается скорректированным на угол противоположный по направлению и равный по величине широтной по­грешности. Однако, из-за погрешностей в широте и скорости, которые поступают в БЭ-3, часть широтной погрешности остается не скомпенсированной и образуется остаточная широтная погрешность (2.6.4).

2.6.3. С коростная погрешность ГКУ-5

Скоростная погрешность аналогична соответствующей погрешности гирокомпасов. Скоростная погрешность ГКУ-5 определяется формулой (2.14):

.

У ГКУ-5, для предупреждения скоростной погрешности, осуществляется скоростная коррекция положения гироскопа относительно плоскости меридиана. Для этого, согласно формуле (2.2), в БЭ-3 рассчитывается сигнал скоростной коррекции:

.

По данному сигналу датчик момента ДМ_X , согласно формуле (2.3), создаёт корректирующий момент:

,

при котором положение гироскопа оказывается скорректированным на угол, противоположный по направлению и равный по величине скоростной погрешности. Однако, из-за погрешностей в скорости, которая поступает в БЭ-3, часть скоростной погрешности оказывается не скомпенсированной и образуется остаточная скоростная погрешность (2.6.4).

2.6.4. П огрешности ГКУ-5 из-за неточного ввода  внешней информации

Погрешности ввода широты и скорости в БЭ-3 вызывают остаточные широтную и скоростную погрешности ГКУ-5 в режиме ГК. Суммарная остаточная погрешность из-за неправильного ввода широты и скорости  в режиме ГК составляет [8]

δК_гк= (0,05×δ +0,06×δV×cosК_гк×sec ),   (2.23)

где К_гк – курс в режиме ГК, град.;

δК_гк – погрешность курса в режиме ГК, град.;

- широта корабля, град.;

δ – погрешность широты, град.;

δV – погрешность скорости, уз.

Погрешности ввода широты и скорости вызывают погрешности азимутальной и горизонтной коррекции ГКУ-5 в режиме ГА. Суммарный остаточный азимутальный дрейф из-за неправильного ввода широты и скорости  в режиме ГА составляет [8]

=(0,25∙δ ∙cos +0,017∙δV∙sinК_ГА∙tg ),         (2.24)

где К_ГА - курс в режиме ГА, град.

2.6.5. Инерционные погрешности ГКУ-5

Инерционные погрешности возникают из-за воздействия на элементы ГКУ-5 сил инерции во время маневров и качки корабля.

Гироскоп ДНГ является уравновешенным гироскопом, то есть его центр тяжести совмещен с центром подвеса. Инерционные силы, действующие на гироскоп во время маневров и качки корабля, плеча не имеют и моментов не создают. Можно считать, что маневрирование и качка корабля непосредственно на ДНГ не влияет.

Вместе с тем, в составе ГКУ-5 имеются элементы, которые являются маятниковыми устройствами. Ими являются индикатор горизонта и платформа. У этих элементов центр тяжести смещен вниз относительно точки подвеса, поэтому у сил инерции имеется плечо, они создают моменты и вызывают отклонения маятника индикатора горизонта и платформы от ну­левого положения во время маневров и качки корабля. Из-за этого во время манёвров корабля возникают инерционные погрешности ДГКУ, которые делятся на три рода:

1. Инерционной погрешностью ГКУ-5 первого рода δ₁ называется погрешность, вызванная неравенством фактического периода незатухающих колебаний ДНГ периоду Шулера.

Чувствительный элемент ГКУ-5 представляет собой совокупность ДНГ и ИГ. ИГ представляет собой маятниковое устройство с относительно небольшим периодом собственных колебаний. Однако, как показано в разделе 2.2, путём установки необходимого коэффициента можно создать у ДНГ период незатухающих колебаний равный периоду Шулера. Из-за деления сигнала ИГ в вертикальном канале управления на cos  период незатухающих колебаний ДНГ не будет зависеть от широты. При этом вредный сигнал, поступающий в вертикальный канал управления из-за отклонения маятника ИГ под действием сил инерции во время манёвра корабля, не будет вызывать погрешность в положении ДНГ относительно компасного меридиана. Коэффициент согласно формуле (2.21) зависит от величины кинетического момента ДНГ – H. Кинетический момент H должен быть постоянным, но из-за колебаний температуры внутри ДНГ и параметров электропитания, подаваемого на гиромотор, фактически, он может изменяться. Из-за непостоянства этой величины период незатухающих колебаний ДНГ может измениться и у ГКУ-5 появится остаточная инерционная погрешность 1 рода. 

Инерционная погрешность 1 рода имеет следующие свойства:

- погрешность δ₁ достигает максимума практически в момент оконча­ния маневра корабля и имеет прямую зависимость от времени манёвра и величины ускорения;

- величина погрешности δ₁ прямо пропорциональна коэффициенту и обратно пропорциональна кинетическому моменту гироскопа Н;

- δ₁ вызывают только ускорения корабля северного и южного направления;

2. Инерционной погрешностью ГКУ-5 второго рода δ₂ называется погрешность, вызванная вредным сигналом, создаваемым горизонтальным каналом управления из-за воздействия сил инерции во время маневра корабля на маятник индикатор горизонта.

При отклонении маятника ИГ во время манёвра корабля под действием сил инерции вредный сигнал горизонтального канала управления изменяет необходимый демпфирующий момент , что вызывает погрешность в положении ДНГ относительно меридиана δ₂.

Инерционная погрешность 2 рода имеет следующие свойства:

- погрешность δ₂ достигает максимума через четверть периода затухающих колебаний ГКУ-5 после окончания маневра корабля и имеет квадратичную зависимость от времени манёвра и прямую – от величины ускорения;

- погрешность δ₂ имеет направление, противоположное погрешности δ₁;

- погрешность δ₂ прямо пропорциональна коэффициенту  и обратно пропорциональна квадрату кинетического момента поплавка Н;

- δ₂ вызывают только ускорения корабля северного и южного направления;

3. Инерционной погрешностью ГКУ-5 третьего рода δ₃, называется погрешность, вызванная вредным сигналом, создаваемым вертикальным каналом управления из-за воздействия сил инерции во время маневра корабля на платформу. 

Благодаря тому, что к нижней части платформы прикреплены грузы, у неё понижен центр тяжести, и она представляет собой короткопериодный маятник. При отсутствии ускорений, под действием силы тяжести, платформа занимает положение, при котором ось платформы X_п находится в горизонте, то есть угол θ_п = 0. Так как, ось платформыY_п практически совпадает с меридианом, то ось X_п направлена вдоль линии первого вертикала Е - W. При наличии у корабля ускорения j_E, направленного вдоль этой линии, ось X_п отклонится от плоскости горизонта на угол θ_п . При этом, через корпус ДНГ, гиромотор, вал и упругий подвес, платформа развернет ротор ДНГ вокруг оси Y на равный угол θ = θ_п, так как ДНГ не обладает устойчивостью, препятствующей таким поворотам. Из-за поворота ротора ДНГ изменится приводящий момент, что вызовет погрешность в положении ДНГ относительно меридиана δ₃.

Данную погрешность можно охарактеризовать следующим образом:

- погрешность δ₃ достигает максимума, как и δ₂, примерно через четверть периода затухающих колебаний ГКУ-5 после окончания маневра корабля и имеет квадратичную зависимость от времени манёвра и, прямую - от величины ускорения;

- погрешность δ₃ прямо пропорциональна коэффициенту ГКУ-5 и обратно пропорциональна кинетическому моменту гироскопа;

- погрешность δ₃ имеет направление, как и δ₂, противоположное погрешности δ₁;

- δ₃ вызывают только ускорения корабля восточного и западного направлений.

4. Четвертной или интеркардинальной называется погрешность во время качки корабля. Она возникает во время длительной регулярной качки корабля, когда одновременно начинают раскачиваться маятник индикатора горизонта вокруг оси X_п и платформа вокруг оси Y_п. Эта погрешность зависит от параметров индикатора горизонта и платформы ГКУ-5. Также она зависит от курса, амплитуды и периода качки корабля. На курсах корабля равных четвертным румбам она максимальна и равна нулю на курсах, равных главным румбам.

Для предупреждения инерционных погрешностей ГКУ-5 применены следующие способы:

- индикатор горизонта заполнен вязкой жидкостью, что увеличивает коэффициент затухания и период собственных колебаний маятника. Это уменьшает углы отклонения маятника от нулевого положения из-за воздействия на него сил инерции. Данный способ предупреждает возникновение всех инерционных погрешностей;

- путём установки необходимого коэффициента  у ДНГ создан период незатухающих колебаний равный периоду Шулера. Данный способ предупреждает возникновение инерционной погрешности 1 рода;

- в подвесе гироблока имеется демпфер, который уменьшает постоянное отклонение и раскачивание гироблока относительно плоскости горизонта по углу Θ_п из-за воздействия сил инерции. Данный способ предупреждает возникновение инерционной 3 рода, и четвертной погрешностей;

- ГКУ-5 устанавливается на кораблях на удалении от центра качки не превышающих ±15 м по продольной и ±2 м по поперечной и вертикальной осям корабля. Данный способ предупреждает возникновение четвертной погрешности.

Контрольные вопросы

1. Какие каналы управления ДНГ имеются в ГКУ-5, из каких элементов они состоят, в чём состоит цель управления ДНГ?

2. Какие команды автоматически выдаются в схему ГКУ-5 после включения до переключения в основной режим ГК?

3. Какие полезные моменты управляют ДНГ после подачи команды «ГА», как они создаются в каналах управления?

4. Какие полезные моменты управляют ДНГ после подачи команды «ГК», как они создаются в каналах управления?

5. Какие полезные моменты управляют ДНГ после подачи команды «Автоприведение», как они создаются в каналах управления?

6. Как движется ДНГ относительно ГГСК после подачи команды «Автоприведение»?

7. Какое положение равновесия занимает ДНГ относительно ГГСК в результате выполнения команды «Автоприведение»?

8. Почему период незатухающих колебаний ДНГ не зависит от широты корабля?

9. Как контролируется выполнение команды «Автоприведение»?

10. В каком случае выдается команда «ГК» для переключения в режим ГК?

11. Как производится настройка ГКУ-5 на период Шулера в режиме ГК?

12. Какую функцию выполняют моменты коррекции положения ДНГ в режиме ГК?

13. Какую функцию выполняют моменты коррекции положения ДНГ в режиме ГА?

14. В какой канал управления перестаёт поступать сигнал ИГ в режиме ГА и к чему это приводит?

15. Какие элементы входят в состав системы стабилизации ГКУ-5, в чём новизна части этих элементов?

16. Каковы функции системы стабилизации ГКУ-5?

17. Как работают линии электропитания ГКУ-5 по функциональной схеме?

18. Как работают линии ввода внешней информации по функциональной схеме?

19. Как работают линии подачи команд по функциональной схеме?

20. Как работают линии управления ДНГ по функциональной схеме?

21. Как работает система стабилизации по функциональной схеме?

22. Как работает линия выработки курса и передачи его потребителям по функциональной схеме?

23. Каковы причины возникновения карданной погрешности ГКУ-5?

24. Каковы причины возникновения широтной погрешности ГКУ-5, как она компенсируется?

25. Каковы причины возникновения скоростной погрешности ГКУ-5, как она компенсируется?

26. К чему приводит неточный ввод внешней информации в ГКУ-5?

27. Перечислите инерционные погрешности ГКУ-5 и причины их возникновения.