Назначение и типы наземной навигационной аппаратуры

Ориентирование путем постоянного сличения карты с местностью в горах, пустыне, лесисто-болотистой и степной местности, где мало ориентиров, затруднено и требует много времени. Кроме того, ориентирование затрудняют ограниченный обзор местности из боевой машины, слабая освещенность карты, стесненные условия. Поэтому возрастает роль технических средств ориентирования, автоматизирующих этот процесс.

К техническим средствам ориентирования относится наземная навигационная аппаратура, которой оснащены многие виды боевых и специальных машин. Она используется, главным образом, при действиях подразделений в бою и совершении марша на местности, бедной ориентирами, в условиях ограниченной видимости и ночью.

Кроме ориентирования навигационная аппаратура в комплексе с имеющимися в машине угломерным устройством и дальномером позволяет осуществлять топогеодезическую привязку огневых позиций, определять координаты целей, наносить на карту не обозначенные на ней дороги, колонные пути, границы районов разрушений, завалов, участков радиоактивного и химического заражения, районов затоплений и пожаров на местности.

Современную наземную навигационную аппаратуру по устройству подразделяют на три типа: гирополукомпасы, координаторы и курсопрокладчики. Название типа навигационной аппаратуры происходит от имеющегося в ней счетно-решающего устройства. Гирополукомпас такого устройства не имеет. В аппаратуре второго типа оно называется координатором, в аппаратуре третьего типа – курсопрокладчиком.

Гирополукомпас (ГПК) предназначен для выдерживания направления движения.

Координатор предназначен для непрерывной автоматической выработки прямоугольных координат местоположения машины и курса ее движения, а также направления на конечный пункт движения и расстояния до него. Координатор является одним из основных приборов танковой навигационной аппаратуры (ТНА) различных модификаций.

Курсопрокладчик предназначен для непрерывной автоматической выработки координат местоположения машины, курса ее движения, а также для вычерчивания на топографической карте пройденного машиной пути. Курсопрокладчик имеет несколько модификаций.

В топографических подразделениях ракетных войск и артиллерии и в некоторых других подразделениях широкое применение получили специальные машины, основное оборудование которых составляет навигационная аппаратура с курсопрокладчиком. Такие машины называются топопривязчиками. Они предназначаются прежде всего для выполнения топогеодезической привязки по карте стартовых и огневых позиций, пунктов, постов и позиций технических средств разведки. Топопривязчики могут также использоваться для вождения колонн войск ночью и в других условиях, трудных для ориентирования.

Принцип работы навигационной аппаратуры.

В основе работы навигационной аппаратуры использовано свойство сохранять неизменным направление оси вращения в пространстве быстровращающегося тела, масса которого равномерно распределена относительно оси вращения. Этим свойством обладает гироскоп – один из важнейших узлов навигационной аппаратуры. Простейшим примером гироскопа является волчок. При быстром вращении ось волчка остается неподвижной. С уменьшением скорости вращения волчка его ось начинает совершать колебания.

Устройство гироскопа.

Гироскоп состоит из ротора и карданного подвеса. При работе гироскопа его ротор (тяжелый симметричный маховик) с большой скоростью вращается вокруг оси Х, закрепленной на подвижной внутренней рамке.

Эта рамка, в свою очередь, может вращаться вокруг оси У, закрепленной на наружной рамке. Наружная рамка вместе с внутренней рамкой и ротором может вращаться вокруг оси Z, которая прикреплена на шарикоподшипниках к основанию. Таким образом, ротор гироскопа имеет возможность свободно вращаться вокруг трех осей, то есть имеет три степени свободы вращения. Такой гироскоп называется трехстепенным.

Система двух подвижных рамок и закрепленной в них оси вращения ротора образует карданный подвес. Ось Х, вокруг которой вращается ротор, называется главной осью гироскопа, а оси подвеса У и Z – соответственно осями чувствительности и прецессии. В современных гироскопах используются, как правило, ротор специального электрического двигателя – гиромотора.

Рис. Схема трехстепенного гироскопа

1 – ротор; 2 – внутренняя рамка; 3 – наружная рамка; 4 – основание.

Свободный гироскоп при быстром вращении ротора приобретает два важных свойства:

1. Главная ось свободного гироскопа стремиться сохранить заданное ей направление в пространстве. Будучи направленной на какую-либо звезду, главная ось некоторое время не изменяет этого направления при перемещении основания гироскопа. Это свойство называется свойством стабилизации. Оно положено в основу при создании гирокомпаса - прибора, предназначенного для автономного определения астрономических азимутов ориентирных направлений. Гироскопы используются при работе с навигационной аппаратурой.

2. Главная ось гироскопа под действием внешней силы отклоняется (прецессирует) в плоскости, перпендикулярной направлению приложенной силы. Это свойство называется свойством прецессии.

Свободный гироскоп удерживает свою главную ось неподвижной в заданном направлении лишь в инерциальном пространстве, то есть по отношению к звездам. Относительно ориентиров на земной поверхности главная ось гироскопа вследствие вращения Земли постоянно смещается. Это смещение обычно называют кажущимся уходом гироскопа, так как в действительности основание гироскопа вместе с Землей вращается относительно неподвижной в пространстве оси гироскопа.

Рассмотрим это явление более подробно. Пусть в начальный момент времени ось гироскопа горизонтальна и расположена в плоскости экватора, то есть ориентирована в направлении восток-запад (рис.). Земля вследствие суточного вращения через некоторый промежуток времени повернется на определенный угол b. Главная ось гироскопа по его первому свойству (свойству стабилизации) останется параллельной своему первоначальному положению, но с плоскостью горизонта она составит угол b.

a) б)

Рис. Уход главной оси гироскопа вследствии суточного вращения Земли:

а – уход в плоскости горизонта; б – уход в плоскости меридиана.

Рассмотрим случай, когда гироскоп установлен на Северном полюсе

Главная ось гироскопа горизонтальна и направлена на какой-нибудь ориентир. Через определенный промежуток времени t вследствие вращения Земли ориентир переместится на определенный угол и займет другое положение. Положение главной оси гироскопа по свойству стабилизации останется неизменным. Следовательно, азимут направления на ориентир будет постоянно возрастать и за 24 ч изменяться на 360 , а главная ось гироскопа относительно плоскости горизонта сохранит свое первоначальное положение.

Когда гироскоп находится между полюсом и экватором, с течением времени изменяются азимут направления главной оси гироскопа и ее положение относительно плоскости горизонта. На величину изменений кроме суточного вращения Земли влияют также несбалансированность гироскопа и трение в подшипниках.

Свойства гироскопа проявляются тем лучше, чем больше его масса и скорость вращения ротора. Ось вращения в таком случае более устойчиво сохраняет заданное направление в пространстве. Поэтому при изготовлении гироскопов стремятся обеспечить возможно большее число оборотов ротора в единицу времени.

При решении навигационных задач главная ось гироскопа должна не только быть неподвижной в пространстве, но и сохранять заданное направление относительно наземных ориентиров, то есть она должна отклоняться (прецессировать) с угловой скоростью, равной вертикальной составляющей скорости вращения Земли, на данной широте места гироскопа. В навигационной аппаратуре это достигается специальными корректирующими устройствами: азимутальными – для устранения ухода главной оси гироскопа по азимуту и горизонтирующим – для удержания ее в плоскости горизонта.

Преимущество гироскопа по сравнению с магнитной стрелкой компаса заключается в том, что он не подвержен влиянию магнитного поля Земли и устойчиво работает в машине, районах магнитных аномалий и на больших широтах, где часто происходят магнитные бури.

Сущность работы гирополукомпаса заключаются в следующем При движении машины по прямолинейному участку маршрута положение главной оси гироскопа и связанной с ней курсовой шкалы не изменяется.

Арретир предназначен для закрепления внутренней и наружной рамок гироскопа в нерабочем положении. Он служит также для установки рукояткой 7 нужного отсчета на курсовой шкале.

В комплект гирополукомпаса входит преобразователь тока.

Рис. Положение главной оси гироскопа при повороте машины.

Если позволяет обстановка, начинать движение машины следует спустя 10 -20 мин. В таком случае вращение ротора стабилизируется и гирополукомпас обеспечивает сравнительно высокую точность выдерживания направления движения.

Во время движения вращать рукоятку арретира, когда прибор снят со стопора, не рекомендуется, так как это может вызвать срыв шкалы.

При выключении гирополукомпаса рукоятку арретира установить в положение от себя и выключить питание прибора.