Гировертикаль, гирогоризонт, гироскопическое устройство для определения направления истинной вертикали или плоскости горизонта, а также углов наклона объекта относительно этой плоскости. Простейшим негироскопическим прибором такого рода служит физический маятник (отвес). Однако он не пригоден для движущегося объекта, т.к. не будет устанавливаться вдоль истинной вертикали при вращательном или ускоренном поступательном движении объекта (он будет несколько отклоняться от вертикали и при равномерном поступательном движении объекта вследствие вращения Земли); кроме того, при качке у него могут возникнуть вынужденные колебания с большими размахами. Г. в значительной мере свободна от этих недостатков и поэтому широко применяется на самолётах, кораблях и др. движущихся объектах.
В качестве простейшей Г. может служить трёхстепенной астатический гироскоп, ось которого стремится сохранять своё направление в мировом пространстве. Однако по отношению к вращающейся Земле эта ось будет со временем изменять своё направление. Поэтому без корректирующих устройств такой прибор может служить лишь кратковременным указателем направления (в частности, вертикали). Подобные приборы, называют гирогоризонтом и гировертикантом, применяются в баллистической ракете для определения углов её отклонения в вертикальной и горизонтальной плоскостях (углы тангажа, рыскания и крена). Для длительного удержания оси астатического гироскопа в вертикальном положении используют те или иные системы коррекции.
Г. с маятниковой системой коррекции (рис. 1) — трёхстепенной астатический гироскоп, в котором система коррекции состоит из маятников-корректоров 4, 5, фиксирующих углы отклонения оси гироскопа от вертикали места, и датчиков моментов 6, 7, прикладывающих к гироскопу соответствующие корректирующие моменты, вызывающие прецессию оси гироскопа к вертикали места. Потенциометры 8 и 9 служат для определения углов наклона объекта относительно плоскости горизонта. Погрешности Г. этого типа, определяемые отклонениями оси гироскопа от вертикали места, могут составлять от долей градуса до единиц угловых минут. В прецизионных Г. для повышения их точности учитываются поправки на вращение Земли и собственное движение объекта.
При установке на корабле Г. с маятниковой коррекцией определяют углы бортовой и килевой качки, а на летательном аппарате — углы крена и тангажа. Применяются в системах автоматической стабилизации различных подвижных объектов, в успокоителях качки корабля, для стабилизации летательного аппарата и др., а также для определения искривления буровых скважин, шахт и т.п.
Другим типом Г., не требующим применения системы коррекции, является гиромаятник, т. с. гироскоп с 3 степенями свободы, центр тяжести G которого лежит на оси ротора на некотором расстоянии l от точки опоры О (рис. 2). При отклонении оси Oz гироскопа от вертикали Oz, ось Oz под действием силы тяжести Р начинает прецессировать вокруг Oz, описывая конус с вершиной в точке О. Т. к. собственный кинетический момент гироскопа Н очень велик, то период прецессии
T = 2pH/lP (1)
(где l = OG) также велик, что делает прибор практически нечувствительным к колебаниям объекта. В реальном приборе прецессионные колебания оси Oz погашаются специальным демпфером и ось Oz гироскопа приходит в положение, близкое к вертикали. Однако чтобы прибор обладал необходимой точностью при ускоренном движении (маневрировании) объекта, период Т должен удовлетворять условию М. Шулера (быть равным периоду колебаний математического маятника, длина которого равна радиусу Земли), т. е. составлять 84,4 мин, что до сих пор практически осуществить не удалось. В реализованных конструкциях Т обычно ~ 10—20 мин, вследствие чего подобные Г. при маневрировании объекта имеют значительные погрешности. Гиромаятники применяют в секстанте для стабилизации относительно плоскости горизонта его оптические системы и в некоторых корабельных системах стабилизации, используемых преимущественно при постоянных значениях скорости и курса корабля.
Прибором, позволяющим определять с высокой степенью точности направление вертикали при ускоренном движении объекта, на котором установлен прибор, является гироинерциальная вертикаль (рис. 3). В ней, кроме гироскопов, используются акселерометры и вычислительные устройства (интеграторы), при этом осуществляется искусственное моделирование маятника с периодом, равным периоду М. Шулера. Гироинерциальная вертикаль состоит из астатического трёхстепенного гироскопа, на гирокамере 1 которого расположены акселерометры 3, 4 (в реальных схемах акселерометры устанавливают на гиростабилизированной платформе). Измеряемые акселерометрами кажущиеся ускорения ax и ay объекта вдоль горизонтальных осей Ох и Оу поступают в интеграторы 5, 6; их выходные сигналы (скорости vE и vN вдоль осей Ох и Оу) вводятся на датчики моментов 7, 8, прикладывающие к гироскопу моменты коррекции, которые вызывают прецессию оси гироскопа Oz к вертикали. При соответствующем выборе коэффициенты пропорциональности между сигналом с интегратора и величиной момента коррекции период прецессии оказывается равным периоду Шулера. Благодаря этому устройство обладает высокой точностью при маневрировании объекта и его погрешности не превосходят несколько угловых минут. Гироинерциальные вертикали широко используются в инерциальных навигационных системах, устанавливаемых на кораблях и летательных аппаратах.
А. Ю. Ишлинский, С. С. Ривкин.
Рис. 3. Принципиальная схема гироинерциальной вертикали: 1 — гирокамера с ротором; 2 — наружное карданово кольцо; 3, 4 — акселерометры; 5, 6 — интеграторы; 7, 8 — датчики моментов.
Рис. 1. Принципиальная схема гировертикали с маятниковой коррекцией: 1 — ротор; 2, 3 — внутреннее и наружное кардановы кольца: 4, 5 — маятники-корректоры; 6, 7 — датчики моментов; 8, 9 — потенциометры.
Рис. 2. Принципиальная схема гиромаятника: 1 — гирокамера с ротором; 2 — наружное карданово кольцо.