Анализ свойств оптических гироскопов, влияющих на надежность прибора при его эксплуатации

Автор: Сайдумаров И.М., Абдураимов О.Ш.

Журнал: Теория и практика современной науки @modern-j

Рубрика: Основной раздел

Статья в выпуске: 5 (23), 2017 года.

Бесплатный доступ

В данной работы было проверки оптических гироскопов путем разработки стенда на основе эффекта Санеьяка для проверки оптических гироскопов инерциальной системы IRS самолета «Boeing» в условиях Авиапредприятия «Uzbekistan airways techniсs». В рамках данной работы формулирована детальная модель проверки оптического гироскопа, позволяющая выявить степень его уязвимости, в основу которой заложен базовый критерий наработки - отказа.

Гироскоп, авиации, самолет, лазер, оптические, диагностики

Короткий адрес: https://sciup.org/140289397

IDR: 140289397

Текст научной статьи Анализ свойств оптических гироскопов, влияющих на надежность прибора при его эксплуатации

Сегодня гироскопы, как неотъемлемая часть навигационной системы, устанавливаются на летательных аппаратах и системах индивидуального передвижения космонавтов в открытом космосе. Работа гироскопа базируется на двух принципах: любая вращающаяся масса стремится сохранить положение своей оси вращения в пространстве. Вращающийся гироскоп поддерживает постоянной ориентацию спутника относительно Земли, что обеспечивает надёжную связь с ним. Вращающаяся масса сопротивляется действию силы, стремящейся изменить её положение.

Однако с развитием авиации, увеличением дальности, скорости и высоты полетов уже нельзя было рассчитывать на выполнение перелетов только при лётной погоде. Действительно, при больших дальностях беспосадочных перелетов нельзя предполагать, что на всей трассе будет стоять ясная погода. На своем пути самолет может попасть в облачность, туман, дождь и другие условия, при которых земная поверхность окажется скрытой от наблюдений.

Характерная черта современной авиации - совершение полетов при отсутствии видимости земной поверхности. Пассажирские и почтовые самолеты должны совершать регулярные рейсы в любое время дня и ночи, при любой погоде, так как в противном случае, при выжидании лётной погоды будет теряться одно из основных преимуществ воздушного сообщения - скорость. Более того, полет сопровождается подчас отсутствием видимости и небесных светил. В таком случае летчик ведет машину "вслепую". Для выполнения слепого полета по заранее намеченному маршруту самолет должен быть оборудован приборами, которые в течение всего времени указывали бы направление линии север-юг, называемой обычно полуденной и истинной вертикали. На первый взгляд такие требования могут быть обеспечены весьма простыми средствами. Достаточно, казалось бы, оборудовать самолет маятником и магнитной стрелкой, чтобы дать возможность летчику определить положение самолета относительно плоскостей горизонта и меридиана.

Опыт использования магнитного компаса на самолете "Илья Муромец" и явился началом развития самолетовождения по приборам. Однако ни магнитная стрелка, ни маятник не могли в условиях полета сохранять свои положения неизменно совмещенными с направлениями полуденной линии и истинной вертикали. Это объясняется тем, что даже при прямолинейном полете вследствие атмосферных возмущений, случайных отклонений рулей, неравномерной работы двигателей и других причин самолет совершает непрерывные колебания вокруг своих осей (Рис.1). Эти колебания порождают перемещения с ускорениями опор подвесов магнитной стрелки и маятника в корпусе самолета, обусловливая тем самым их отклонения от направлений полуденной линии и вертикали. Кроме того, при колебаниях самолета силы трения, неизбежно существующие в опорах подвесов, воздействуя на магнитную стрелку и маятник, увлекают их за поворотами самолета.

Рис.1. Схема самолета: x - продольная ось; y - вертикальная ось; z -поперечная ось

Все это, учитывая непрерывные колебания самолета, порождает и непрекращающиеся колебания маятника и магнитной стрелки около направлений вертикали и полуденной линии. Указанные обстоятельства затрудняют пользование рассмотренными приборами для определения углов крена самолета по отношению к плоскости горизонта и его курсовых углов относительно плоскости меридиана. Таким образом, ни магнитная стрелка, ни маятниковый креномер не могли явиться надежными указателями положений плоскостей меридиана и горизонта. Вот почему возникла насущная потребность в создании принципиально новых приборов, которые бы в специфических условиях полета сохраняли неизменным свое положение относительно плоскостей горизонта или меридиана. Было сделано много попыток улучшения качеств магнитного компаса и маятникового креномера, однако ни одна из них не дала удовлетворительного решения. И только применение гироскопа позволило создать навигационные приборы, удовлетворяющие все возрастающим требованиям авиации. Естественно, что внедрению гироскопа в самолетовождение во многом способствовал опыт морского флота, который к этому времени накопил достаточное количество материала по практическому использованию гироскопического компаса на море. Однако было бы ошибочным полагать, что авиация лишь позаимствовала у морского флота уже готовые гироскопические приборы. Малые габариты кабины самолета, высокие скорости его полета, ограничение веса, для всех механизмов и приборов, устанавливаемых на самолете исключали возможность использования на нем морского гироскопического компаса, обладающего, как известно, значительными габаритами и весом.

Современное диагностирование оптических гироскопов в условиях АП «UАТ» требует применения поворотных стендов, задающих с высокой точностью и стабильностью вращение с постоянной или изменяющейся угловой скоростью в широком диапазоне (от 0,01 до 10000°/с).

Авиапредприятие АП «UAT» обладает определенной технической базой, в частности, существующей установкой для проверки механических гироскопов.

После проведения модернизации: замены механических составляющих современными лазерными датчиками, разработанными отечественными и западными приборостроителями и имеющимися на ремонтной базе АП «UAT», комплектацией компьютерной техникой, мы получаем современный стенд, способный проверять лазерные гироскопы западной авиационной техники в местных условиях. Основой служит стенд Омега, изображенный на рис.2.

Рис. 2. Лазерно-интерференционный стенд Омега

Лазерно-интерференционный стенд предназначен для определения и исследования следующих параметров динамически настраиваемых гироскопов: крутизны датчиков момента, нелинейности по току и нестабильности во времени, температурного коэффициента, составляющих скорости дрейфа гироскопа при горизонтальном положении оси кинетического момента. По принципу действия стенд представляет собой гироскопический стабилизатор, чувствительным элементом которого является проверяемый гироскоп.

Разработанный стенд для тестирования параметров оптических гироскопов предназначен для диагностики параметров оптического гироскопа GG 1320 фирмы Honywell, входящего в систему IRS самолета Боинг 757. Назначение предлагаемой диагностической системы — определение неисправностей для принятия решения о пригодности.

Стенд представляет собой полный набор программно управляемых систем обеспечения и съема информации, необходимых для режима работы оптического гироскопа. Он позволяет провести диагностику параметров в рабочих режимах, то есть в движении. Очевидно, что грамотная диагностика и поиск неисправности занимают подчас значительно больше времени, чем устранение неисправности. Компьютерная тестовая система представляет собой компьютер с соответствующим программным обеспечением специальным кабелем — RS-232 и адаптером. В соединительном кабеле установлен программируемый адаптер (микроконтроллер) c зашитыми протоколами обмена, так что напрямую соединить систему кодов неисправностей (OBD-II) с компьютером не удастся.

Компьютерная тестовая система позволяет считывать коды (OBD-II) и потоки данных в реальном времени и представлять их в понятном формате: в виде описания возможных неисправностей, графическом отображении и таблиц. При помощи такой системы можно проводить тестирование, меняя один из параметров смотреть, что будет происходить с остальными.

Методика проведения компьютерной диагностики состоит из следующих этапов:

  • 1.    На первом считываются не только коды ошибок, но и все цифровые данные, прямо или косвенно относящиеся к возникшей проблеме.

  • 2.    На втором этапе полученные данные подвергаются аналоговой проверке в режиме реального времени, так называемая функция Data Stream — отображение потока данных с изменением   режима работы. Данные

  • 3.    После этого проводится анализ полученных результатов, и делаются выводы о наличии и характере неисправностей.

отображаются на экране компьютера в виде графиков зависимости изменения угловой скорости от времени и данными с адаптера: фиксация момента возникновения неисправности и код неисправности. Программа предусматривает составление таблиц в формате Microsoft Excel (поток данных передается со скоростью примерно 500 Кбайт/с) для анализа. Программа для компьютерной диагностики продается вместе с соответствующим адаптером.

Если неисправность не является механическим повреждением, а зависит только от режима работы, то решается вопрос не об утилизации прибора, а о дальнейшем его использовании. На основании компьютерной диагностики составляется протокол и вносятся изменения в бортовой компьютер с учетом новой погрешности, вызывающего сбой работы оптического гироскопа.

Литературы

Список литературы Анализ свойств оптических гироскопов, влияющих на надежность прибора при его эксплуатации

  • Пельпор Д.С. Гироскопические системы. Гироскопические приборы и системы. 2-е изд. - М.: Высшая школа, 2008. 424 с.
  • Джашитов В.Э., Панкратов В.М. Математические модели дрейфа гироскопических инерциальных датчиков инерциальных систем. Санкт-Петербург: ЦНИИ «Электроприбор». 2001. 218 с.
Статья научная