|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Autopilot. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas Autopilot to połączenie kilku urządzeń, których wspólne działanie umożliwia automatyczne, bez ingerencji człowieka, sterowanie ruchem samolotu lub rakiety. Stworzenie autopilota stanowiło ważną epokę w historii lotnictwa, gdyż znacznie zwiększyło bezpieczeństwo podróży lotniczych. Jeśli chodzi o technologię rakietową, w której wszystkie loty odbywają się w trybie bezzałogowym, bez niezawodnych automatycznych systemów sterowania, ta technologia w ogóle nie mogłaby się rozwinąć.
Główną ideą automatycznego pilotażu jest ścisłe utrzymywanie przez autopilota prawidłowej orientacji pojazdu poruszającego się w przestrzeni. Dzięki temu urządzenie po pierwsze jest utrzymywane w powietrzu i nie spada, a po drugie nie zbacza z ustalonego kursu, gdyż trajektoria jego lotu zależy przede wszystkim od prawidłowej orientacji. Z kolei orientację aparatu w przestrzeni wyznaczają trzy kąty. Po pierwsze, jest to kąt pochylenia, czyli kąt między osią podłużną aparatu a płaszczyzną uziemienia (lub, jak mówią, płaszczyzną horyzontu). Śledzenie tego kąta pozwala samolotowi zachować stabilność wzdłużną - nie "kiwać głową", a pocisk lecący wzdłuż trajektorii balistycznej - dokładniej trafić w cel. Po drugie, jest to kąt odchylenia, czyli kąt między osią podłużną urządzenia a płaszczyzną lotu (jak nazwiemy płaszczyznę prostopadłą do płaszczyzny horyzontu i przechodzącą przez punkt początkowy i punkt docelowy). Kąt odchylenia wskazuje na odchylenie urządzenia od ustawionego kursu. I po trzecie, jest to kąt przechyłu, to znaczy kąt, który występuje, gdy korpus urządzenia obraca się wokół swojej osi podłużnej. Terminowa korekta przechyłu pozwala na utrzymanie stabilności bocznej samolotu i tłumi niekonsekwentny obrót rakiety. Automatyczne sterowanie aparatem byłoby niemożliwe, gdyby nie było niezawodnego i prostego sposobu wyznaczania tych kątów. Na szczęście istnieje taki sposób, a opiera się on na właściwości szybko obracającego się żyroskopu do utrzymywania niezmienionej pozycji swojej osi w przestrzeni. Najprostszym żyroskopem jest dziecięcy bączek, szybko obracający się wokół własnej osi. Spróbuj strącić go jednym kliknięciem, a przekonasz się, że to niemożliwe - góra tylko odbije się w bok i dalej będzie się obracać.
Jednak oś OA góry nie ma stałej orientacji, ponieważ jej koniec A nie jest stały. Żyroskopy stosowane w technice mają znacznie bardziej złożone urządzenie: wirnik (a właściwie górny) jest tu zamocowany w (pierścieniach) 1 i 2 tzw. gimbali, co umożliwia osi AB przyjmowanie dowolnej pozycji w przestrzeni . Taki żyroskop może wykonać trzy niezależne obroty wokół osi AB, DE i GK, przecinających się w środku zawieszenia O, które pozostaje nieruchome względem podstawy. Główną właściwością szybko obracającego się żyroskopu, jak już wspomniano, jest to, że jego oś ma tendencję do stabilnego utrzymywania nadanego mu pierwotnego kierunku w przestrzeni świata. Na przykład, jeśli oś ta była pierwotnie skierowana na jakąś gwiazdę, to przy jakichkolwiek ruchach samego urządzenia i przypadkowych wstrząsach, będzie ono nadal wskazywać na tę gwiazdę, nawet gdy zmieni się jej orientacja względem osi Ziemi. Po raz pierwszy właściwość ta została wykorzystana w 1852 roku przez francuskiego fizyka Foucaulta do eksperymentalnego udowodnienia obrotu Ziemi wokół własnej osi. Stąd właśnie nazwa „żyroskop”, co po grecku oznacza „obserwuj obrót”.
Druga ważna właściwość żyroskopu ujawnia się, gdy na jego oś (lub ramę) zaczyna działać jakaś siła zewnętrzna, mająca tendencję do obracania go względem środka zawieszenia. Na przykład, jeśli siła P działa na koniec osi AB, to żyroskop, zamiast zbaczać w kierunku działania siły (jak gdyby wirnik się nie obracał), przechyla się w kierunku ściśle prostopadłym do działanie siły, to (w naszym przypadku) zacznie się obracać wokół osi DE i ze stałą prędkością. Ten obrót nazywa się precesją żyroskopu i będzie tym wolniejszy, im szybciej sam żyroskop obraca się wokół osi AB. Jeśli w pewnym momencie działanie siły zewnętrznej ustaje, to jednocześnie zatrzymuje się precesja, a oś AB zatrzymuje się natychmiast.
Precesję można zaobserwować również w tak prostym żyroskopie jak bączek dla dzieci, w którym punkt podparcia pełni rolę środka zawieszenia. Jeśli blat jest rozwinięty w taki sposób, że jego oś nie jest prostopadła do podłogi, ale jest do niej nachylona pod pewnym kątem, to widać, że oś takiego blatu nie odchyla się w kierunku grawitacji (czyli w dół), ale w kierunku prostopadłym, to znaczy oś zaczyna się obracać wokół prostopadle do podłogi, obniżona do punktu podparcia. Te dwie właściwości żyroskopu są podstawą kilku instrumentów wykorzystywanych w autopilocie. W latach 70. XIX wieku żyroskopy zaczęto wykorzystywać w sprawach wojskowych w automatach do przebiegu torped morskich. W momencie wystrzelenia torpedy wirnik zamontowanego na niej żyroskopu obracał się z prędkością kilku tysięcy obrotów na minutę. Potem jego oś była zawsze skierowana na cel.
Do osi żyroskopu przymocowano mimośród - dysk, którego środek został przesunięty z osi pionowego pierścienia maszyny. Mimośród opierał się o pręt szpuli: gdy torpeda trafiała dokładnie do celu, tłoki szpul zamykały otwory rurociągów 1 i 2, a tłok sterujący pozostawał nieruchomy. Jeśli z jakiegoś powodu torpeda zboczyła z kursu, mimośród podłączony do żyroskopu pozostał nieruchomy, a pręt szpuli pod działaniem sprężyny ześlizgnął się w lewo lub w prawo i otworzył otwór, przez który przechodziło sprężone powietrze. rurociąg 1 lub 2 wszedł do maszyny sterowej. Pod działaniem sprężonego powietrza tłok maszyny sterowej wszedł w ruch i przesunął kierownicę tak, że torpeda wróciła na właściwy kurs.
Wtedy żyroskopy znalazły szerokie zastosowanie w lotnictwie. W rozdziale o samolocie wspomniano już, jak ważnym problemem dla pierwszych lotników było utrzymanie prawidłowej orientacji samolotu w locie. Wielu projektantów myślało wówczas o stworzeniu automatycznych stabilizatorów. W 1911 roku amerykański pilot Sperry opracował pierwszy automatyczny stabilizator z masywnym żyroskopem. Pierwszy samolot z takim stabilizatorem wzbił się w powietrze w 1914 roku. A na początku lat dwudziestych firma Sperry stworzyła prawdziwego autopilota. Pierwsze autopiloty sterowały tylko sterami i monitorowały zachowanie określonego trybu lotu. Ich dalszy rozwój doprowadził do powstania systemów automatyzujących sterowanie zarówno sterami, jak i silnikami lotniczymi. Takie autopiloty umożliwiały już bezzałogowe loty i zdalne sterowanie samolotem. Znaleźli zastosowanie w pierwszych rakietach. Wcześniej niż inni niemieccy projektanci, twórcy pierwszego pocisku balistycznego V-2, stanęli przed problemem automatycznego sterowania rakietą. Maszyna do stabilizacji V-2 składała się z instrumentów żyroskopowych Horizon i Verticant.
„Horyzont” umożliwił określenie płaszczyzny horyzontu i kąta nachylenia (kąt pochylenia) rakiety względem tej płaszczyzny. Wirnik 1 żyroskopu był jednocześnie twornikiem asynchronicznego silnika elektrycznego, którego uzwojenie 2 było zasilane prądem przemiennym. Przed startem rakiety „Horizon” umieszczono w taki sposób, aby oś obrotu wirnika była równoległa do horyzontu. W tym celu system sterowania zawierał wahadło (pion) 5, które ustalało odchylenie osi żyroskopu. Jeśli ta oś odchylała się w górę lub w dół od kierunku poziomego, wahadło również odchylało się w bok i stykało się z jednej lub drugiej strony. W tym przypadku elektromagnes 6 otrzymał sygnał o takiej lub innej biegunowości. Elektromagnes zaczął działać na osi żyroskopu wzdłuż osi Y w górę lub w dół od środka obrotu. W rezultacie pojawiła się precesja, obracając żyroskop prostopadle do siły odchylającej. Precesja trwała do momentu powrotu osi wirnika do pozycji poziomej. Jak tylko to się stało, kontakt wahadła 5 otworzył się i precesja natychmiast ustała. Przed startem urządzenie korekcyjne było wyłączone. Odchylenie rakiety od zadanego kąta pochylenia rejestrowano za pomocą potencjometru - prostego czujnika o zmiennej rezystancji. Była to rama w kształcie pierścienia, na którą nawinięto drut. Szczotka kontaktowa ślizgała się po tej ramie. Jeśli szczoteczka była na początku ramy, to w obwód była odpowiednio mniejsza ilość zwojów drutu, rezystancja potencjometru była mniejsza i napięcie wyjściowe też okazało się nieistotne (jak wiadomo napięcie kropla U jest określona przez prawo Ohma U = I • R, gdzie I jest natężeniem prądu , R - rezystancją). Jeśli szczotka przesunęła się do końca ramy, wzrosła rezystancja potencjometru, a co za tym idzie napięcie wyjściowe wzrosło. Szczotka była podłączona do czułego urządzenia, które rejestrowało najmniejsze zmiany napięcia. Jeśli podczas lotu kąt między osią wzdłużną aparatu a płaszczyzną horyzontu z jakiegoś powodu zaczął odbiegać od określonego, to potencjometr 8 związany z korpusem aparatu obracał się z nim względem żyroskopu zamocowanego w przestrzeń i podłączona do niej szczotka kontaktowa. W tym przypadku na wyjściu potencjometru pojawił się sygnał elektryczny proporcjonalny wielkością do kąta strzału. Sygnał ten był wzmacniany i podawany na poziome stery maszyny sterowej, która wyrównywała rakietę. Tak proste urządzenie mogło jednak działać skutecznie tylko przy stosunkowo krótkim czasie lotu. Podczas długiego lotu trzeba było brać pod uwagę obrót Ziemi, więc w tym przypadku trzeba było dokonać korekty w kierunku osi żyroskopu. „Horyzont” pozwalał nie tylko na zapisywanie, ale także zmianę kąta nachylenia zgodnie z danym programem. Z opisanego schematu widać, że jeśli w zadanym momencie potencjometr 8 zostanie obrócony o jakiś zadany kąt, to stery będą pracowały tak, jakby samo urządzenie odchyliło się o ten sam kąt. Dlatego obrócenie potencjometru może spowodować obrót rakiety. „Horyzont” zawierał bardzo prosty mechanizm programu, składający się z taśmy metalowej 10, mimośrodu 11, silnika krokowego 12 i koła zapadkowego 13. Mimośród miał profil powierzchni odpowiadający danemu programowi. Silnik krokowy wprawiał go w ruch poprzez przekładnię ślimakową (silnik krokowy był elektromagnesem z twornikiem, gdy impuls został przyłożony do elektromagnesu, twornik był przyciągany do magnesu i przesuwał koło zapadkowe o jeden ząb krawędzią) . Zatem prędkość obrotowa koła zapadkowego zależała od częstotliwości impulsów podawanych na elektromagnes. Korek 14 był zatrzaskiem, który uniemożliwiał obracanie się koła zapadkowego w przeciwnym kierunku.
Identycznie z „Horyzontem” pracował „Verticant”. Przed startem rakiety oś wirnika żyroskopu znajdowała się prostopadle do zamierzonej płaszczyzny lotu, więc żyroskop okazał się niewrażliwy na ewolucję rakiety w skoku, ale reagował na skręty i kurs. Korekcja żyroskopu była taka sama jak w „Horyzoncie” i była przeprowadzana przed startem za pomocą wahadła 3 i elektromagnesu 4. Po starcie potencjometr 5 reagował na odchylenie rakiety i przekazywał sygnały do sterów. Ponieważ oś skierowana na cel pokrywała się z osią podłużną rakiety, to w momencie kołysania potencjometr 7 poruszał się w locie względem nieruchomego silnika (szczotki) połączonego z żyroskopem. Sygnał był przekazywany do sterów, które korygowały przechylenie. Autor: Ryzhov K.V.
▪ Super głębokie wiercenie studni ▪ Lodówka
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Być może Leonardo był Arabem ▪ Holograficzne przyciski do bezdotykowego sterowania sprzętem ▪ Szybkie dyski SSD SanDisk USB 3.1 typu C ▪ Proteus - materiał, którego nie można ciąć
▪ sekcja witryny Oświetlenie. Wybór artykułu ▪ artykuł Moralność ulicy Rasteryaeva. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Cynamon cejloński. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Analizator stężenia tlenku węgla. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Prosty transceiver FM. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony