Значительное внимание уделяется объяснению физической сущности гироскопических явлений. Для лучшего уяснения теоретических положений книга снабжена большим количеством примеров, способствующих самостоятельному изучению предмета, особенно студентами заочных и вечерних факультетов.
Книга может быть полезна научным и инженерно-, техническим работникам, занимающимся проектированием, расчетом и исследованием гироскопических приборов и устройств.
ПРРЛИПЛОВИЕ
Автоматизация процессов управления кораблями, самолетами, ракетами-носителями искусственных спутников Земли и подобными им подвижными объектами предъявляет с каждым годом все более высокие требования к точности гироскопических приборов, используемых в качестве отдельных звеньев в современных системах навигации и стабилизации. Обеспечение высокой точности является в настоящее время основной проблемой Гироскопического приборостроения, которая требует глубокого изучения проявлений гироскопического эффекта и его практического использования. В этих условиях уже невозможно ограничиваться исследованием законов движения идеализированного гироскопа без учета конструктивных и технологических погрешностей, вызывающих отклонения его главной оси от заданного в пространстве направления.
Современная научная дисциплина «Теория гироскопа и гироскопических приборов» базируется на теории гироскопических явлений, развитие которой во многом обязано работам русской классической школы механиков и трудам советских ученых и специалистов. Новейшие методы анализа, использующие математические вычислительные и моделирующие машины, позволили более глубоко изучить динамические процессы, протекающие в гироскопической системе, и выяснить влияние сил трения в опорах подвеса и других возмущающих факторов на поведение гироскопа.
В настоящей работе, предназначенной в качестве учебного пособия для студентов высших технических учебных заведений, специализирующихся в области гироскопии, рассматриваются вопросы прикладной теории гироскопа, а также основы теории, принципы устройства и конструктивные особенности гироскопических приборов. Книга является дальнейшим развитием вышедшего в 1954 году в свет учебника автора [28]. В новом, переработанном и дополненном, издании учтены критические замечания, высказанные при обсуждении учебника, и устранены имевшиеся в нем неточности.
За время, прошедшее с 1954 года, теория и практика гироскопических приборов пополнилась большим количеством новых исследований, посвященных проблеме повышения их точности, изучено влияние отдельных возмущающих факторов на характер движения гироскопической системы и установлены оптимальные
ОГЛАВЛЕНИЕ ,
Предисловие............................ 3
Введение
§ 1. Основная задача навигации.................. 5
§ 2. Реакция магнитной стрелки и маятника на внешние возмущения 9 § 3. Свойства быстро вращающихся тел .............. 14
Глава I Физическая природа гироскопического эффекта
§ 4. Поворотное ускорение .................... 19
§ 5. Усилие^ необходимое для сообщения телу поворотного ускорения 22
§ 6. Момент гироскопической реакции \.............. 25
§ 7. Определение момента гироскопической реакции в общем случае 34
§ 8. Закон прецессии ....................... 36
Глава II Уравнения движения гироскопа и их анализ
§ 9. Основная кинематическая схема подвесов гироскопа....... 43
§ 10. Уравнения движения гироскопической системы......... 45
§ 11. Упрощение уравнений движения гироскопической системы .... 49 § 12. Исследование в первом приближении уравнения движения ротора
вокруг главной оси гироскопа ................. 52
§ 13. Линеаризация системы уравнений движения гироскопа...... 53
§ 14. Движение гироскопа при воздействии на него момента мгновенных
внешних сил (первое приближение) .............. 55
§ 15. Движение гироскопа при действии постоянного момента внешней
силы (первое приближение).................. 64
§ 16. Траектория полюса гироскопа . .......-......... 68
§ 17. Движение гироскопа под влиянием момента внешней силы, изменяющегося по гармоническому закону............. 71
§ 18. Действие момента внешней силы на гироскоп с двумя степенями
свободы ........................... 75
Глава III
Уточнение результатов исследования движения гироскопа в кардановом подвесе
§ 19. Изменение момента внешних сил, действующего на гироскоп относительно его главной оси, при установившейся скорости вращения ротора............................ 78
491
§ 20. Систематический дрейф, возникающий при нутационных колебаниях гироскопа....................'..''
§ 21. Физические причины, обусловливающие систематический дрейф гироскопа в результате его нутационных колебаний......
§ 22. Систематический дрейф гироскопа, порождаемый его колебаниями
§ 23. Движение гироскопа в кардановом подвесе до достижения его рото-' ром постоянной угловой скорости собственного вращения .....
Глава IV
Уравнения движения гироскопа в подвижной системе координат и их анализ
§ 24. Составление уравнений движения гироскопа в подвижной системе координат.......................... .
§ 25. Упрощенные уравнения движения гироскопа в подвижной системе координат .......................... .
§ 26. Исследование в первом приближении движения гироскопа в подвижной системе координат.....................
§ 27. Движение гироскопа в кардановом подвесе, основание которого закреплено неподвижно на земной поверхности относительно плос-костей горизонта и меридиана.................
§ 28. Отклонение от земных ориентиров гироскопа в кардановом подвесе, основание которого неподвижно на земной поверхности, а оси подвеса занимают произвольное положение............
§ 29. Движение относительно земных ориентиров гироскопа в кардановом -'-.Щ'-Щ. подвесе при перемещении его основания у земной поверхности по у' %!"«
ЛОКСОДрОМИИ ........................: '".. 'Й^
§ 30. Движение относительно земных ориентиров гироскопа в кардановом ,: %? подвесе при перемещении его основания у земной поверхности по . ,-•:.••?
ортодромии.................^........ 137'?
§ 31. Систематический дрейф гироскопа, обусловливаемый вращением ' :, :';'\-\]
•- основания прибора...................... 145,;
§ 32. Влияние вращения основания прибора на характер движения гиро- '•;; , i
скопа с двумя степенями свободы.............. . : 147
Глава V >
Влияние сил трения в опорах подвеса на движение гироскопа
§ 33. Силы трения и характеристики создаваемых ими моментов . . . . 152 -§ 34. Основное требование, предъявляемое к моментам сил трения в опорах гироскопических приборов ...............• • 163
§ 35. Влияние сил вязкого трения на движение гироскопа........ 155
§ 36. Влияние сил сухого трения на характер движения гироскопа ... 163
§ 37. Влияние моментов сил сухого трения в опорах подвеса на характер _._ •
движения гироскопа при гармонических колебаниях его основания 175,
§ 38. Влияние сил сухого трения на гироскоп при случайном характере -,-й!
колебаний его основания ...............'. • • • *" • ;
Глава VI ,,'{
Астатический гироскоп
§ 39. Использование астатического гироскопа в системах управления . •
подвижными объектами .................... !х|
§ 40. Гироскопические приборы вертикант и горизонт........:•-!»*
§ 41. Астатические гироскопы для измерения углов отклонения объектов от заданного направления движения..............
§ 42. Факторы, вызывающие ошибки при измерениях астатическим гироскопом углов поворота объекта ................ 199
§ 43. Кардановы ошибки астатических гироскопов.......... 205
§ 44. Исследование кардановых ошибок астатических гироскопов .... 211 § 45. Установка астатического гироскопа по земным ориентирам .... 218 § 46. Траектории движения полюса гироскопа к корректируемому положению ............................ 221
§ 47. Точность выдерживания астатическим гироскопом заданного положения в пространстве..................... 229
Глава VII Гироскоп направления
236 249
257 261
266 269
275
§ 48. Принцип устройства гироскопа направления..........
§ 49. Анализ работы простейшего гироскопа направления.......
§ 50. Нивелирование главной оси гироскопа направления.......
§ 51. Движение гироскопа направления с межрамочным нивелированием при неподвижном положении его основания на земной поверхности
§ 52. Уравнения движения гироскопа направления, установленного на объекте, перемещающемся по локсодромии, и их анализ.....
§ 53. Движение гироскопа направления с маятниковым нивелирующим устройством........................
§ 54. Гироскоп направления со счетно-решающим устройством ....
§ 55. Использование гироскопа направления для осуществления перемещений объекта по ортодромии................. *»ч
§ 56. Ошибки гироскопа направления, обусловливаемые нивелирующим
устройством. Бикарданов подвес гироскопа .......... 277
Глава VIII Гиромагнитный компас
§ 57. Принцип действия гиромагнитного компаса............ 281 -
§ 58. Уравнения движения гиромагнитного компаса ......... 287
§ 59. Движение гиромагнитного компаса с пропорциональной коррекцией при затухающих колебаниях магнитной стрелки....... 294
§ 60. Движение гиромагнитного компаса, снабженного корректирующим устройством с пропорциональной характеристикой, при вынужденных колебаниях магнитной стрелки .............. 299
§ 61. Автоколебания гиромагнитного компаса с релейной характеристикой коррекции........................ 304
Глава IX >
Гироскопический компас
§ 62. Гирокомпас Фуко....................... 311
§ 63. Практическое использование гирокомпаса Фуко....... . 314
§ 64. Гирокомпас для неподвижного основания ........... 319
§ 65. Мореходный гирокомпас ................... 321
§ 66..Незатухающие колебания гирокомпаса............. 326
§ 67. Исследование незатухающих колебаний гирокомпаса во втором
приближении . . ....................... 330
§ 68. Затухающие колебания гирокомпаса.............. 332
§ 69. Работа гирокомпаса на подвижном объекте. Скоростная девиация 327
§ 70. Влияние ускорений подвижного объекта на работу гирокомпаса _ 341
493
§ 71. Условие апериодического перехода гирокомпаса в новое положение ;
равновесия.......................... 34;
§ 72. Двухрежимные гирокомпасы................. 35С
Глава X я
Гировертикаль •
§ 73. Простейшая схема маятниковой гировертикали......... 35|
§ 74. Скоростная девиация маятниковой гировертикали. Условие ее не- ;
возмущаемости ........................ 363
§ 75. Успокоение колебаний маятниковой гировертикали ....... 36|
§ 76. Гирогоризонты ........................ 37|
§ 77. Основные разновидности принципиальных схем коррекции гиро- J
горизонтов.......................... 37?
§ 78. Влияние характеристики коррекции на движение гирогоризонта >
к положению равновесия ................... 382
§ 79. Влияние периодических возмущений на движение гирогоризонта 38S § 80. Сравнительная оценка основных видов характеристик систем коррекции гироскопических приборов ....... ........ 389
§ 81. Движение гирогоризонта при смещении его центра тяжести отно- '•;;
сительно точки подвеса .................... 394
§ 82. Девиация гирогоризонта при вираже объекта ......... 30
§ 83. Компенсация влияния ускорений объекта на гировертикаль ... З
§ 84. Инерциальная гировертикаль ................. 41
Глава XI Гироскопические приборы для измерения угловых скоростей и ускорений
§ 85. Основные разновидности гиротахометров............ 407
§ 86. Гиротахометры с тремя степенями свободы........... 408
§ 87. Гиротахометры с двумя степенями свободы........... 411
§ 88. Разновидности гиротахометров с двумя степенями свободы .... 415 § 89. Поведение гиротахометра с двумя степенями свободы при колебаниях объекта......................... 420
§ 90. Вибрационный гиротахометр................. 424
§ 91. Гироскопические приборы для измерения угловых скоростей и
ускорений.......................... 426
Глава XII *
Гироскопические рамы
§ 92. Принцип устройства гироскопических силовых рам........ 432
§ 93. Поведение гироскопической рамы на подвижном основании .... 435
§ 94. Разновидности гироскопических рам.............. 436
§ 95. Компенсация влияния вращения основания гироскопической рамы .
вокруг ее оси прецессии................... . 440
§ 96. Устойчивость гироскопической рамы.............. 444
§ 97. Демпфирование собственных колебаний гироскопической рамы •
противоэлектродвижущей силой стабилизирующего двигателя ... 44»
§ 98. Точность стабилизации гироскопической рамы ........•
Гироскопические приборы • в системах автоматического управления, стабилизации и контроля
§ 100. Использование гироскопических приборов в автоматических си-
стемах стабилизации и управления подвижными объектами .... 4о/ § 101. Структурная схема и передаточные функции гироскопических
приборов, лишенных избирательности.............
§ 102. Структурная схема и передаточные функции корректируемых-гиро-
скопических приборов .................... .|™
§ 103. Дифференцирующие гироскопы................ ™у
§ 104. Интегрирующие гироскопы.................. '
S 105 Интеграционный гироскоп и гироскопическое реле....... *i°
§ 106. Возможности использования гироскопов для определения место-
положения объекта...................... ,о4
§ 107. Гироскопические самопишущие приборы ........... *°*
Литература ............................
Цена: 500руб.
