ژیروسکوپ هواپیما – Aircraft gyroscope

جای تعجب نیست که ابزارهای پرواز بسیار مهم هستند. با این حال، پشت پرده اتفاقات زیادی می افتد. ژیروسکوپ ها یک شگفتی علمی هستند و از خواص آنها می توان در ابزارهای ژیروسکوپی هواپیما تا حد زیادی استفاده کرد. برخلاف تصور رایج، درک ژیروسکوپ بسیار آسان است.

3 ابزار اصلی ژیروسکوپی موجود در هواپیما عبارتند از:

1. افق مصنوعی
2. نشانگر عنوان
3. هماهنگ کننده چرخش

هر سه از محورهای ژیروسکوپی استفاده می کنند تا مبنایی را ارائه دهند که جهت گیری هواپیما را می توان از روی آن اندازه گیری کرد. سیستم های پیشرفته تری را نیز می توان در هواپیماهای پیچیده یافت. ژیروسکوپ یک چرخ در حال چرخش است که حول یک محور می چرخد. اینرسی چرخ، تابعی از سرعت و جرم آن، به ژیروسکوپ خاصیت خاصی به نام «سفتی در فضا / rigidity in space» می دهد.

شما اغلب توصیفات پیچیده ژیروسکوپ، تقدم، تکانه زاویه ای و محورها و بسیاری از اصطلاحات پیشرفته دیگر را می خوانید.

ولی…

راه ساده تری برای درک نحوه کار ابزارهای ژیروسکوپی وجود دارد.

“Datum” اصطلاحی است که اغلب در هوانوردی استفاده می شود. این به سادگی به معنای نقطه ای است که از آن می توانید چیزی را اندازه گیری کنید. در مورد ابزارهای ژیروسکوپی، ما تمایل داریم از داده های ایجاد شده توسط یک محور ژیروسکوپی برای اندازه گیری جنبه های نگرش هواپیما استفاده کنیم.

در اینجا نحوه کار اصولی همه ابزارهای ژیروسکوپی هواپیما آمده است:

1. محور ژیروسکوپی را در جهت مربوطه قرار می دهیم و یک مبنا ثابت ایجاد می کنیم.
2. وقتی هواپیما از آن مبدأ حرکت می کند، میزان حرکت یا تغییر را اندازه می گیریم.
3. این تغییر بر روی ابزارهای پرواز به عنوان داده هایی که خلبان می تواند برای نظارت بر انحراف استفاده کند، نمایش داده می شود.

ابزار ژیروسکوپ شامل نشانگر سرفصل، نشانگر نگرش و هماهنگ کننده چرخش (یا نشانگر چرخش و لغزش) است. هر کدام شامل یک ژیروسکوپ است که توسط هوا یا برق بصورت مکانیکی هدایت می شود و هر کدام از اصول ژیروسکوپی برای نمایش وضعیت هواپیما استفاده می کنند. این مهم است که خلبانان ابزارهای ژیروسکوپی و اصول حاکم بر عملکرد آنها را درک کنند.

1. سختی در فضا: ویژگی اولیه ژیرو روتور چرخان صلبیت در فضا یا اینرسی ژیروسکوپی است. قانون اول نیوتن تا حدی می گوید: “جسمی در حال حرکت تمایل دارد در سرعت و جهت ثابت حرکت کند مگر اینکه توسط نیروی خارجی مختل شود”. روتور چرخان در داخل دستگاه ژیروسکوپ تا زمانی که هیچ نیروی خارجی حرکت آن را تغییر ندهد، وضعیت ثابتی را در فضا حفظ می کند. اگر روتور جرم و سرعت زیادی داشته باشد، این پایداری افزایش می یابد. بنابراین، ژیروسکوپ ها در ابزار هواپیما از مواد سنگین ساخته شده و به گونه ای طراحی شده اند که به سرعت بچرخند (تقریباً 15000 دور در دقیقه برای نشانگر وضعیت و 10000 دور در دقیقه برای نشانگر مهره).

نشانگر عنوان و نشانگر نگرش از ژیروس به عنوان مرجع تغییرناپذیر در فضا استفاده می کنند. هنگامی که ژیروسکوپ ها در حال چرخش هستند، نسبت به افق یا جهت در موقعیت های ثابتی قرار می گیرند. سپس می توان مسیر و وضعیت هواپیما را با این مراجع پایدار مقایسه کرد. برای مثال، روتور ژیروسکوپ نصب شده جهانی (به شکل ژیروسکوپ نصب شده جهانی ، در سمت راست نگاه کنید) در همان موقعیت باقی می ماند حتی اگر گیمبال های اطراف یا قاب های دایره ای حرکت کنند. اگر محور روتور نمایانگر افق طبیعی یا جهتی مانند شمال مغناطیسی باشد، مرجع پایداری برای پرواز با ابزار است.

2. پیشروی: یکی دیگر از ویژگی های ژیروسکوپ، پیشروی است که عبارت است از کج شدن یا چرخش محور ژیروسکوپ در اثر نیروهای وارده. هنگامی که یک نیروی انحرافی به لبه ژیرو روتور ثابت وارد می شود، روتور در جهت نیرو حرکت می کند. با این حال، هنگامی که روتور در حال چرخش است، همان نیروها باعث می شود که روتور در جهت دیگری حرکت کند، گویی نیرو به نقطه ای 90 � در اطراف لبه در جهت چرخش اعمال شده است (شکل نیروی پیشروی را در زیر ببینید . درست). این حرکت چرخشی یا تقدم، روتور را در یک صفحه چرخش جدید موازی با نیروی اعمال شده قرار می دهد.

تقدم اجتناب ناپذیر توسط مانور هواپیما و اصطکاک داخلی ژیروس های جهت دار و نگرش ایجاد می شود. این باعث “رانش” آهسته و در نتیجه خوانش های اشتباه می شود. هنگامی که نیروهای انحرافی خیلی قوی هستند یا خیلی سریع اعمال می شوند، بیشتر ژیرو روتورهای قدیمی به جای اینکه صرفاً پیشروی کنند، سرنگون می شوند. به این کار «غلت دادن» یا «ریختن» ژیروسکوپ گفته می شود و باید از آن اجتناب کرد زیرا به بلبرینگ ها آسیب می رساند و تا زمانی که ژیروسکوپ دوباره نصب نشود، ابزار را بی فایده می کند. برخی از ژیروس های قدیمی دارای دستگاه های قفسی برای نگه داشتن گیمبال ها در جای خود هستند. حتی اگر قفس باعث سایش بیشتر از حد معمول می شود، ژیروهای قدیمی باید در حین مانورهای هوازی در قفس قرار گیرند تا از آسیب به ابزار جلوگیری شود. ژیروسکوپ ممکن است توسط یک دستگیره قفسه ای نصب یا تنظیم مجدد شود. بسیاری از ابزارهای ژیروسکوپی که امروزه تولید می شوند، محدودیت های عملکردی بالاتری نسبت به انواع قدیمی دارند. این ابزارها وقتی از محدودیت‌های ژیروسکوپ فراتر می‌روند، «غلت نمی‌خورند»، اما با این حال، نگرش گام را فراتر از 85 درجه دماغه به بالا یا دماغه پایین از سطح پرواز منعکس نمی‌کنند. فراتر از این محدودیت ها، ژیروسکوپ های جدیدتر قرائت های نادرستی می دهند. این ژیروسکوپ ها دارای مکانیزم خود نصبی هستند که نیاز به قفس را از بین می برد. محدودیت‌های ژیروهای قدیمی‌تر و محدودیت‌های نگرش ژیروهای جدیدتر به دنبال آن هستند.

منابع برق ژیروسکوپ

هوا یا الکتریسیته نیروی لازم برای کار با ابزارهای ژیروسکوپی در هواپیماهای سبک را تامین می کند. اگر نشانگر جهت و نشانگر نگرش هوا رانده باشند (همانطور که معمولاً هستند)، نشانگر چرخش و لغزش با انرژی الکتریکی کار می کند. مزیت این ترتیب این است که اگر سیستم خلاء (که هوا را تامین می کند) از کار بیفتد، خلبان ابزار همچنان دارای قطب نما و نشانگر چرخش برای مرجع نگرش و جهت است، علاوه بر ابزارهای پیتوت استاتیک.

1. سیستم برق خلاء: ژیروهای هوا-محرک معمولاً توسط یک پمپ خلاء متصل به موتور و توسط آن به حرکت در می آیند. خطوط مکش پمپ را به ابزار متصل می کند و هوای کابین را از طریق دهانه های فیلتر شده در جعبه ابزار می کشد. با ورود هوا به داخل بدنه، شتاب گرفته و به سمت «سطل‌های» کوچکی که در چرخ ژیروسکوپ ریخته می‌شوند، هدایت می‌شود. یک رگولاتور بین پمپ و جعبه ابزار ژیروسکوپی برای کنترل فشار مکش وصل شده است. معمولاً یک گیج خلاء، گیج مکش (به شکل گیج مکش معمولی ، زیر سمت راست مراجعه کنید) یا چراغ هشدار وجود دارد. از آنجایی که سرعت ثابت ژیروسکوپ برای خوانش ابزار قابل اطمینان ضروری است، فشار مکش صحیح با تنظیم کننده فشار خلاء حفظ می شود.

1. سیستم برق خلاء: ژیروهای هوا-محرک معمولاً توسط یک پمپ خلاء متصل به موتور و توسط آن به حرکت در می آیند. خطوط مکش پمپ را به ابزار متصل می کند و هوای کابین را از طریق دهانه های فیلتر شده در جعبه ابزار می کشد. با ورود هوا به داخل بدنه، شتاب گرفته و به سمت «سطل‌های» کوچکی که در چرخ ژیروسکوپ ریخته می‌شوند، هدایت می‌شود. یک رگولاتور بین پمپ و جعبه ابزار ژیروسکوپی برای کنترل فشار مکش وصل شده است. معمولاً یک گیج خلاء، گیج مکش (به شکل گیج مکش معمولی ، زیر سمت راست مراجعه کنید) یا چراغ هشدار وجود دارد. از آنجایی که سرعت ثابت ژیروسکوپ برای خوانش ابزار قابل اطمینان ضروری است، فشار مکش صحیح با تنظیم کننده فشار خلاء حفظ می شود.

2. سیستم برق الکتریکی: یک ژیروسکوپ الکتریکی که معمولاً برای به حرکت درآوردن هماهنگ کننده پیچ یا نشانگر چرخش و لغزش استفاده می شود، مانند یک موتور الکتریکی کوچک با ژیروسکوپ چرخان به عنوان آرمیچر موتور عمل می کند. سرعت ژیروسکوپ در این ابزارها تقریباً 8000 دور در دقیقه است.

هواپیماهایی که معمولاً در ارتفاعات بالا کار می کنند از سیستم خلاء برای تامین انرژی ابزارهای پرواز استفاده نمی کنند زیرا راندمان پمپ در هوای رقیق و سرد محدود است. در عوض، جریان متناوب (ac) ژیروسکوپ را در نشانگرهای عنوان و نگرش هدایت می کند. برق متناوب توسط اینورترها تامین می شود که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می کنند. در برخی موارد، برق متناوب مستقیماً از دینام یا ژنراتور موتوری تامین می شود.

ابزار ژیروسکوپی /  شاخص نگرش

اجزای اساسی و عملکرد

هدف از نشانگر نگرش، ارائه تصویری پیوسته از وضعیت هواپیما نسبت به سطح زمین به خلبان است. شکل (زیر، سمت راست) چهره یک شاخص نگرش معمولی را نشان می دهد . لازم به ذکر است که سایر شاخص های نگرش در جزئیات ارائه متفاوت است.

نگرش های زمین با حرکت نسبی هواپیمای مینیاتوری به بالا یا پایین در رابطه با خفاش افق، که ژیروسکوپ یا افق نگرش نیز نامیده می شود، نشان داده می شود. معمولاً حداقل چهار خط مرجع گام در ساز گنجانده می شود. دو تا زیر نوار افق مصنوعی و دو تا در بالا قرار دارند.

نشانگر بانک، که معمولاً در بالای ابزار قرار دارد، با استفاده از علائم شاخص، درجه بانک را در طول چرخش نشان می دهد. اینها در فواصل 10� تا 30� با علامت های بزرگتر فاصله دارند. در 30 �، 60� و 90� موقعیت بانکی قرار گرفته است.

دماغه هواپیما با یک نقطه سفید کوچک که بین مجموعه ثابت بال ها یا با نقطه مثلث مانند شکل قرار دارد به تصویر کشیده می شود (مرکز پایین شکل نشانگر نگرش، بالا سمت راست را ببینید ) . آسمان با رنگ آبی روشن و زمین با سایه های سیاه یا قهوه ای نشان داده شده است. خطوط همگرا به ساز جلوه ای سه بعدی می بخشد.

دستگیره کوچک نزدیک به پایین ابزار برای تنظیم عمودی هواپیمای مینیاتوری استفاده می شود. در طول پرواز مستقیم و هم سطح، هواپیمای مینیاتوری باید طوری تنظیم شود که بر روی خفاش افق قرار گیرد.

هنگامی که خط افق مصنوعی با افق طبیعی زمین در حین نصب اولیه تراز شد، افق مصنوعی توسط ژیروسکوپی که روی آن نصب شده است، افقی نگه داشته می شود. مکانیزم نعوظ به طور خودکار ژیروسکوپ را هنگامی که پیشروی سرنخی از مانورها یا اصطکاک رخ می دهد، تنظیم می کند. هنگامی که ژیروسکوپ نوع قدیمی در نتیجه تغییرات نگرش شدید غلت می زند، روتور معمولاً به آرامی به صفحه افقی برمی گردد.

حتی یک نشانگر نگرش در شرایط عالی می تواند خوانش های نادرست جزئی بدهد. خطاهای کوچک ناشی از شتاب و کاهش سرعت قابل توجه نیستند زیرا دستگاه نعوظ آنها را به سرعت تصحیح می کند. با این وجود، خلبان باید از آنها آگاه باشد (به پاراگراف های زیر مراجعه کنید). خطاهای بزرگ ممکن است ناشی از سایش، کثیف بودن حلقه های گیمبال یا قطعات غیر تعادلی باشد. پرچم های اخطار ( نگاه کنید به شکل نشانگر نگرش ، بالا سمت راست ) ممکن است به این معنی باشد که ابزار برق کافی دریافت نمی کند یا مشکلی در ژیروسکوپ وجود دارد.

سیستم های کمک ناوبری هواپیما – زمین تخت پارسی (flatearthfarsi.ir)