船用陀螺罗经.doc

目录第一篇船用陀螺罗经 第一章陀螺罗经指北原理 1第一节陀螺仪及其特性 1第二节自由陀螺仪在地球上的视运动 7第三节变自由陀螺仪为陀螺罗经的方法 9第四节摆式罗经等幅摆动和减幅摆动 14第五节电磁控制式陀螺罗经 20第六节光纤陀螺罗经 21第二章陀螺罗经误差及其消除 24第一节纬度误差(latitudeerror) 24第二节速度误差(speederror) 25第三节冲击误差(ballisticerror) 28第四节其他误差 30第五章磁罗经第一节磁的基本概念 61第二节船用磁罗经 64第三节磁罗经的检查、保管与安装 66第四节船正平时的自差理论 68第五节倾斜自差理论 75第六节罗经自差校正 77第七节自差的测定和自差表计算 83第二篇水声导航仪器第六章回声测深仪 86第一节水声学基础 86第二节回声测深仪原理 87第三节回声测深仪误差 89第四节IES-10型回声测深仪 91第七章船用计程仪 94第一节电磁计程仪 94第二节多普勒计程仪 96第三节声相关计程仪 99船用陀螺罗经陀螺罗经指北原理陀螺罗经是船舶上指示方向的航海仪器。其基本原理是把陀螺仪的特性和地球自转运动联系起来,自动地找北和指北。描述陀螺罗经指北原理所涉及的内容用式(1-1)表示:陀螺罗经=陀螺仪+地球自转+控制设备+阻尼设备(1-1)1-转子;2-内环;3-外环;4-固定环;5-基座图1-1 陀螺仪及其特性陀螺仪的定义与结构凡是能绕回转体的对称轴高速旋转的刚体都可称为陀螺。所谓回转体是物体相对于对称轴的质量分布有一定的规律,是对称的。常见的陀螺是一个高速旋转的转子。回转体的对称轴叫做陀螺转子主轴,或称极轴。转子绕这个轴的旋转称为陀螺转子的自转。陀螺转子主轴相当于一个指示方向的指针,如果这个指针能够稳定地指示真北,陀螺仪就成为了陀螺罗经。如图1-1所示,一个陀螺用一个内环(视其水平放置,也可称水平环)支承起来,在自转轴(主轴)水平面内,与主轴相垂直的方向上,用水平轴将内环支承在外环(垂直环)上,而外环则用与水平轴相垂直的垂直轴支承在固定环及基座上。把高速旋转的陀螺安装在这样一个悬挂装置上,使陀螺主轴在空间具有一个或两个转动自由度,就构成了陀螺仪。可以看出高速旋转的转子及其支承系统是构成陀螺仪的两个要素。实用罗经中,陀螺仪转子的转速都是每分钟几千转到每分钟几万转。陀螺仪的支承系统应具有这样的特点,即它应保证主轴在方位上指任何方向,在高度上指示任何高度,总之,能指空间任何方向。由此,我们可以将陀螺仪概述为:陀螺转子借助于悬挂装置可使其主轴指空间任意方向,这种仪器就叫陀螺仪。实用陀螺仪,其转子、内环及外环等相对主轴、水平轴以及垂直轴都是对称的,无论几何形体或质量都是对称的。重心与几何中心相重合的陀螺仪称为平衡陀螺仪。不受任何外力矩作用的陀螺仪称为自由陀螺仪。工程上应用的都是自由陀螺仪。陀螺仪的转子能绕一个轴旋转,它就具备了一个旋转自由,也就是具有一个自由度。像图1-1所示的陀螺仪,具有三个自由度,一是转子绕OX轴作自转运动,一是转子连同内环绕OY轴(水平轴)转动,一是转子连同内环和外环绕OZ轴(垂直轴)转动。这种结构使转子主轴可指空间任意方向。三轴交点O为陀螺仪的中心点,陀螺仪的重心位于O点。所以它具有三个自由度,称为三自由度陀螺仪。应当明确地指出,把陀螺仪定义为陀螺及其悬挂装置的总体是经典的定义,是有局限性的。科学技术发展表明,有许多物理现象可以用来保持给定的方位,并能够测量载体的转动,即能产生陀螺效应。这就是说产生陀螺效应不一定要有高速旋转的刚体。因此,广义地说,凡能产生陀螺效应的装置都可称为陀螺仪。陀螺仪的特性陀螺仪能制成指向仪器--陀螺罗经,是因为陀螺仪有着自己的、独特的动力学特性,这些特性就是定轴性和进动性。图1-2图1-3自由陀螺仪的定轴性。表明陀螺仪性能的主要物理参数是主轴动量矩H,它说明了转子高速旋转运动的强弱状态与方向。设图1-1所示的陀螺仪主轴动量矩H、即OX轴正向水平指空间某一方向;现将基座倾斜,则出现的现象如图1-2所示:H、即OX轴正向仍指原来方向没变;如将基座旋转,也可看到同样的结果,H即OX轴仍然水平的指示原来的方向,没发生任何变化。这说明,当一个自由陀螺仪不受任何外力矩作用时,它的主轴将保持其空间初始指向不变的特性,称作陀螺仪的定轴性。陀螺仪的进动性。图1-4若图1-1所示的陀螺仪的转子不转,这就是一般的刚体系统了。在自转轴上,如OX轴正端作用一个力F(如图1-3,为清楚展示转子位置的变化,图中未画出支架系统),根据右手法则,F产生的力矩应作用于OY轴正向,以MY表示。可以看到,转子在F力作用下,将绕OY轴转动,转动角速度为ωY,与MY同向。说明转子是沿着外力方向转动的,这不是进动。使上述系统转子高速旋转,则成为了真正陀螺仪,当