飞行理论图解 · 民航飞机电子系统

陀螺仪表图解

定轴性 · 进动性 · 姿态与转弯

高速转起来的陀螺,是仪表板的定海神针
轴指哪儿就稳在哪儿

定轴性 · 进动性 · 气动/电动

机械陀螺靠两大特性工作:高速旋转后自转轴方向稳定(定轴性),外力矩让转轴垂直方向转动(进动性)。姿态仪、转弯协调仪、陀螺半罗盘都是它的化身——本页讲陀螺本身、三块仪表与动力源检查。

01 陀螺两大特性

高速旋转 · 抗干扰 · 垂直转动

① 定轴性(稳定性) 高速旋转 自转轴 外力矩 受外力矩后,自转轴仍保持 相对惯性空间方向不变 推不动:轴指哪儿,就稳在哪儿 ② 进动性 高速旋转 外力矩方向 转动方向(进动) 两者方向垂直 ③ 刚体转子陀螺结构 基座 转子 内框 外框 基座 由内到外:转子 → 内框 → 外框 → 基座
定轴性
陀螺高速旋转后抗干扰力矩,保持自转轴相对惯性空间方向不变
进动性
外力矩作用下,陀螺转动方向与外力矩方向垂直
结构
刚体转子陀螺由转子、内框、外框、基座组成
一句话
定轴性管"稳",进动性管"受力后往垂直方向转"

02 单自由度与两自由度陀螺

内框 · 外框 · 转动自由度

① 单自由度陀螺 基座 内框 转子 1 个转动自由度 只有内框 只有进动性 ② 两自由度陀螺 基座 外框 内框 转子 2 个转动自由度 有内框、外框 兼稳定性、进动性
单自由度
一个转动自由度:只有内框,只有进动性
两自由度
两个转动自由度:有内框、外框,兼稳定性、进动性
记法
多一个外框就多一个转动自由度,稳定性随之到位

03 姿态仪(地平仪)

地垂修正 · 人工地平线 · 俯仰倾斜

原理 · 摆修正陀螺,建立人工地垂线 地垂性修正 两自由度陀螺 自转轴 = 人工地垂线 指示机构 测俯仰、倾斜角 摆偏了 → 地垂修正器修正陀螺;陀螺稳定了 → 人工地垂线 → 指示机构出俯仰、倾斜角 陀螺控制机构使自转轴速回地垂线;框架、滚转框、俯仰框、摇臂共同支承指示 10 20 10 20 倾斜指标 俯仰刻度 人工地平线 固定飞机符号 组成:两自由度陀螺 · 地垂修正器 · 指示机构 陀螺控制机构 · 框架 · 滚转框 · 俯仰框 · 摇臂 倾斜指标 · 人工地平线(表盘内)
原理
用摆的地垂性修正陀螺、陀螺稳定性建立人工地垂线,测俯仰、倾斜角
组成
两自由度陀螺、地垂修正器、指示机构、陀螺控制机构;还有框架、滚转框、俯仰框、倾斜指标、人工地平线、摇臂
控制机构
使自转轴速回地垂线
误差
转弯/盘旋离心力、加减速惯性力使摆偏地垂线、错修陀螺 → 俯仰倾斜误差;加速示爬升、减速相反
误差消除
匀速平飞可自消但久;匀速直线平飞用上锁机构上锁再开锁加速消除
地面启动检查
查陀螺转子达额定转速(时间或警告旗);气动陀螺无异响、约五分钟达正常,并查自转轴在地垂线

04 转弯协调仪

进动转弯 · 单摆侧滑 · 小球居中

转弯协调仪 0 小球居中 = 无侧滑 小飞机倾斜 → 转弯 / 盘旋方向 转弯率刻度 → 无侧滑转弯快慢 侧滑小球(单摆模拟横向合力) 转弯仪:单自由度陀螺 · 进动性 侧滑仪:单摆 · 横向合力下运动
时机检查项
飞行前按机型程序查陀螺仪表和动力源
通电前 / 发动机启动前电动陀螺现警告旗;侧滑仪液体满、小球居中
总电门通电无摩擦异响
停机坪 / 直线滑行达稳定转速转弯仪无转弯指示

注 · 转弯仪靠单自由度陀螺进动性,示转弯/盘旋方向并反映无侧滑转弯快慢;侧滑仪用单摆模拟横向合力,按摆锤在横向合力下运动示侧滑。

05 陀螺半罗盘

定轴测角 · 校正航向 · 15 分钟

0 90 180 270 自转轴(刻度盘 0~180° 连线) 推入转动 · 调整旋钮 航向标线(固定表壳) 飞机形指针(固定表壳) 刻度盘(经传动齿轮连陀螺外框) 自转轴与地平面平行 外框轴与飞机立轴平行 原理:两自由度陀螺稳定性(定轴性) 转弯时自转轴方位不变 → 刻度盘稳定不动 航向标线角 = 航向(纵轴与经线夹角) 校正:自转轴对齐经线(真 / 磁经线)
原理
用两自由度陀螺稳定性(定轴性)测转弯角度,经校正可示航向;人工调谐基准线与经线一致测航向
测转弯角度
转弯时自转轴方位不变、刻度盘稳定不动,航向指标随机转,转角即转弯角度
测航向
航向=纵轴与经线夹角;陀螺自转轴不能自动跟踪经线;把自转轴(刻度盘 0~180° 连线)校正并稳定在经线(真/磁经线),航向标线角即航向角
结构
自转轴与地平面平行、外框轴与飞机立轴平行;刻度盘经传动齿轮连陀螺外框、飞机形指针固定表壳,推入转动调整旋钮可转刻度盘
使用
飞行前校正航向,飞行中定期(15 分钟)校正;稳定性好、不受磁场影响,可用于机动、强磁区、高纬区
自走误差
自转轴相对地球经线运动产生,含纬度、速度、机械误差,需定时修正;飞行前校正:起飞前调整半罗盘示真航向(或磁航向);飞行中每隔一段时间(直读半罗盘一般 15min、其他按手册)按其他罗盘校正一次

06 动力源与检查

电动 / 气动 · 真空系统 · 红警告旗

气源 (真空系统) 真空管路 姿态仪(地平仪) 气动 陀螺半罗盘 气动 转弯协调仪 多数轻型机:电动 红警告旗(动力源失效) 通电前 / 发动机启动前警告旗现 陀螺可电动或气动:多数轻型机转弯仪电动、红警告示动力源失效;地平仪、陀螺半罗盘气动,气源由真空系统提供。
仪表动力源检查要点
姿态仪(地平仪)气动 · 真空系统转子达额定转速;约五分钟达正常;无异响;自转轴在地垂线
转弯协调仪电动(多数轻型机)通电前警告旗现;侧滑仪液体满、小球居中;通电无摩擦异响;滑行无转弯指示
陀螺半罗盘气动 · 真空系统飞行前校正航向;飞行中 15min 定期校正

磁罗盘与罗盘系统见本站《磁罗盘图解》。