ГІРОКОМПАС З НЕПРЯМИМ КЕРУВАННЯМ ДЛЯ НАЗЕМНИХ РУХОМИХ ОБ’ЄКТІВ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.59(1).2020.210165Ключові слова:
гірокомпас, непряме керування, динамічно налаштований гіроскоп, похибкиАнотація
Стаття має дві частини. Перша частина є історичним оглядом створення двох поколінь морських і наземних гірокомпасів, з прямим і непрямим керуванням. При огляді гірокомпасів з прямим керуванням (маятникових гірокомпасів), з використанням першоджерел і авторитетних другорядних джерел, виділені основні практичні й аналітичні розробки, які призвели до створення першого промислово застосованого морського гірокомпаса. Огляд гірокомпасів з непрямим керуванням (коректованих гірокомпасів) значною мірою є оригінальним дослідженням витоків їх створення, проведеним через аналіз доступних патентів, враховуючи відсутність інших доступних ранніх джерел. Виділяються розробки по патенту Н. Аха (1906, Німеччина), в якому, ймовірно, вперше з’явилася схема гірокомпаса з непрямим керуванням, по патенту П. Бассета (1923, США), в якому, ймовірно, вперше з’явилася схема належного налаштування гірокомпаса з непрямим керуванням, інші розробки. Розглядаються також розробки гірокомпаса з електромагнітною корекцією П. Коптяєва (1932, 1951-1954, СРСР) і основні промислові розробки коректованих гірокомпасів на теренах колишнього СРСР. В огляді також коротко вказані основні експлуатаційні властивості морських і наземних гірокомпасів, в тому числі гірокомпасів нового покоління на основі волоконно-оптичних і напівсферичних резонаторних гіроскопів, інерціальних систем орієнтації і вказування курсу. З першої частини мотивовано випливає друга частина даної роботи, в якій досліджується гірокомпас з непрямим керуванням для наземних рухомих об’єктів на основі динамічно налаштованого гіроскопа на стабілізованій в площині горизонту платформі. Визначається загальна модель похибок такого гірокомпаса при приведені головної осі гіроскопа в площину істинного (географічного) меридіану в напрямок на Північ і в напрямок на Південь. Надається схема апаратної компенсації систематичних похибок гірокомпаса. Вирішується, через непрямі вимірювання, проблема визначення і компенсації власного дрейфу гіроскопа відносно горизонтальної осі підвісу. Проводиться оцінка параметрів гірокомпаса з непрямим керуванням на основі динамічно налаштованого гіроскопа, як приладу навігаційного класу точності.
Посилання
Leonhard Euler, “Recherches sur la précession des équinoxes, et sur la nutation de l'axe de la terre”, in Mémoires de l’académie des sciences de Berlin 5 (1749), 1751, pp. 289-325.
Johann G. F. Bohnenberger, “Beschreibung einer Maschine zur Erläuterung der Gesetze der Umdrehung der Erde um ihre Axe, und der Veränderung der Lage der letzteren”, Tübinger Blätter für Naturwissenschaften und Arzneikunde, vol. 3, 1817, pp. 72-83.
“Instrument de démonstration en mécanique (polytrope de Sire)”, in Inventaire général du patrimoine culturel de Besançon Réf. Palissy IM25001974. Paris: Ministére de la Culture République Française, 2007.
E.S. Snell, “On Planetary Disturbances”, in Annual Report of the Board of Regents of Smithsonian. Washington, USA: Cornelius Wendell Printer, 1856, pp. 175-190.
William Tobin, The Life and Science of Léon Fou-cault: The Man Who Proved the Earth Rotates., apps., notes, index. Cambridge: Cambridge Univer-sity Press, 2004. 338 p.
W.R. Johnson, “Description of the Rotascope”, in American Journal of Science and Arts. January, 1832. 265 p.
Avialable: https://www.yourdictionary.com/rotascope
Kurt Magnus, “To the history of the use of gyroscopes in Germany”, in History of the mechanics of gyroscopic systems. Moscow, SSSR: Nauka, 1975, pp. 94-114. (in Russian)
Oscar Martienssen, “Die Verwendbarkeit des Rotationskompasses als Ersatz des magnetischen Kompasses”, Physikalisсhe Zeitschrift, Vol. 7, No. 15. Leipzig, Germany: S. Hirzel Verlag, 1906, pp. 535-543.
Edward Sang, “Suggestion of a new experiment whereby the rotation of the Earth may be demonstrated”, The Edinburgh New Philosophical Journal, vol. 21, 1836. 164 p.
M. Léon Foucault, “Démonstration expérimentale du mouvement de la terre. Addition auc communications faites dans les précédentes séances” (Extrait du Journal des Débats du mercredi 22 septembre 1852) in Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences, Paris, France: Bachelier, Vol. 35, 1852, pp. 175-190.
Yu.F. Lazarev, P.M. Bondar, Osnovy teorii chutlyvych elementiv system orijentacii [Fundamentals of the theory of sensitive elements of orientation systems]. Кyiv, Ukraine: NTTU "KPI", 2011, pp. 423-438. (in Ukrainian).
I.D. Blumin, A.Yu. Ishlinskii, “Teorija giroscopicheskich i inercialnych system ”, в istorija mechanici s konca XVIII do serediny XX veka. Glava 5 [Theory of gyroscopic and inertial systems, in History of mechanics from the end of the XVIII to the middle of the XX century. Chapter 5], A. Ye. Grigor'yan, I. B. Pogrebysskiy, Eds. Мoskva, SSSR: Nauka, 1972, с. 138-189. (in Russian)
William Thomson, Gyrostatic Model of a Magnetic compass. Nature, 1884. 524 p.
Edm. P. Dubois, “Sur le gyroscope marin”, C. R. Acad. Sc., vol. 98, n. 4. Paris, 1884, p. 227.
Sir William Thomson, Peter Guthrie Tait, Treatise on Natural Philosophy. Cambridge: At the Univer-sity Press, 1879. 508 p.
A. Föppl, “Über einen Kreiselversuch zur Messing der Umdrehungsgeschwindigkeit der Erde”, Physikalisсhe Zeitschrift, No. 5. Leipzig, Germany: S. Hirzel Verlag, pp. 416-425, 1904.
Jobst Broelmann, “Hermann Anschütz-Kämpfe – Richtungsweiser ohne Spuren”, Deutsches Schiffahrtsarchiv, No. 25, pp. 41-55, 2002. https://www.ssoar.info/ssoar/handle/document/50360
H. Anschütz-Kämpfe, “Der Kreisel als Richtungsweiser auf der Erde mit besonderer Berücksichtigung seiner Verwendbarkeit auf Schiffen”, Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft, No. 10, pp. 352-369, 1909.
M. Schuler, “Mathematischer Anhang”, Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft, No. 10, pp. 561-576, 1909.
Sperry GyroCompass and Navigation Equipment. New York, U.S.A.: The Sperry Gyroscope Company, 1912.
А.А. Odintsov, Teorija i raschot giroscopicheskich priborov [Theory and research of gyroscopic instruments]. Кyiv, SSSR: Vyscha Shkola, 1985, с. 109-172. (in Russian)
J.N. Reutenberg, Giroscopy. [Gyroscopes]. Мoskva, SSSR: Nauka, 1966. (in Russian)
C. T. Davenport, “The Gyrocompass”, in Gyroscopes: Theory and Design. Chapter 5, P.H. Savet (editor) New York, USA: McGraw-Hill Book Co., 1961.
P.P. Koptyaev, "Dvuchregimnyj giroscopicheskij compass s electromagnitnoj korectsiej i aperiodicheskim привидением prividenijem giroscopa v meridian”, in Voprosy prikladnoj giroscopii, sbornik dokladov. Vypusk 2. ["Two-mode gyroscopic compass with electromagnetic correction and aperiodic ghost of the gyroscope in the meridian", in Questions of applied gyroscopy, collection of reports. Issue 2]. Leningrad, SSSR: Sudpromgiz,, 1960, с. 123-146. (in Russian)
V.М. Мytnik, "Novyj sposob dempfirovanija sobstvenych kolebanij girocompasa s electromagnitnym upravlenijem”, in Trudy TsNIIMF, sbornik dokladov, vyp. 30 ["A new way of damping the natural oscillations of an electromagnetically controlled gyrocompass", Proceedings of TsNIIMF, collection of reports, vol. 30] . Leningrad, SSSR: Морской транспорт, 1960. (in Russian)
[27] S.S. Rivkin, Teorija giroscopicheskich ustrojstv. Chast ІІ. [Theory of gyroscopic devices. Part II]. Leningrad, SSSR: Sudostrojenije, 1964. (in Russian)
V.M. Kogan, V.A. Proskurin, V.А. Timchur, “Dvuchregimnyj girocompass”, Opisanije isobretenija. Byulleten' izobreteniy, № 36. ["Dual-mode gyrocompass", Description of the invention. Bulletin-shadow of inventions. № 36]. Мoskva, SSSR: TsBTI, 1962. (in Russian)
[29] S.S. Rivkin. Statisticheskij analiz giroscopicheskich ustrojstv. [Statistical synthesis of gyroscopic devices]. Leningrad, SSSR: Sudostrojenije, 1970. (in Russian)
[30] М.М. Bogdanovich, P.А. Ilyin, Giroscopicheskije ustrojstva I pribory. [Gyroscopic devices and instruments]. Leningrad, SSSR: Sudpromgiz, 1961. (in Russian)
[31] А.А. Odintsov, Teorija i raschot giroscopicheskich priborov [Theory and research of gyroscopic instruments]. Кyiv, SSSR: Vyscha Shkola, 1985, pp. 18-68. (in Russian)
P.М. Bondar, V.V. Meleshko, Giroscopy napravlenija [Gyroscopes of direction [Electronic resource]: monograph. Кyiv, Ukraine: NTUU "KPI", 2016. [Electronic resource]. Available: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/15794 (in Russian)
Felix Klein, Arnold Sommerfeld, “Technical Applications of the Theory of the Top”, in The Theory of the Top, Volume IV. Translated by Raymond J. Nagem and Guido Sandri. New York, USA: Springer Science + Business Media, 2014, pp. 965-967.
Narciss Ach, of Marburg, Germany, “Gyroscope”, Patent 875,036, Serial No. 332,723, Filed Aug. 30, 1906. Official Gazette Of The United States Patent Office, Vol. CXXXI. Washington, USA: Government Printing Office, 1908, pp. 2188-2189.
P.R. Brassett, “Gyroscopic Compass”, Patent 1,749,059, Serial No. 630,034, Filed April 5, 1923. Official Gazette Of The United States Patent Office, Washington,USA: Government Printing Office, 1930.
R. Haskins, “Jr. Gyro Compass”, Patent 2,419,948, Serial No. 485,077, Filed April 29, 1943. Official Gazette Of The United States Patent Office, Washington, USA: Government Printing Office, 1947.
G. Agins, “Gyro Compass”, Patent 2,968,956, Seri-al No. 785,910, Filed Nov. 14, 1947. Official Ga-zette Of The United States Patent Office, Washington, USA: Government Printing Office, 1961.
Richard Y. Miner, Charles T. Davenport, Frederic J. Kreitner, “Gyro Compass”, Patent 3,049,808, Serial No. 816,411, Filed May 28, 1959. Official Gazette Of The United States Patent Office, Washington, USA: Government Printing Office, 1962.
A. Lawrence, Modern Inertial Technology. New York, USA: Springer-Verlag New York, Inc. 1993. 127 p.
E. W. Howe, “Gyroscope Apparatus”, Patent 3,301,073, Serial No. 291,546, Filed June 14, 1963. Official Gazette Of The United States Patent Office, Washington, USA: Government Printing Office, 1967.
Morskije girocompasy. Spravotchnik [Marine gyrocompasses. Directory]. E.L. Smirnov. Eds.]. St. Petersburg, RF: Elmor, 2002. 224 p. (in Russian)
D.P. Lukyanov, Yu.A. Leskovets, "K istorii sozdanija i sovershenstvovanija girocompasa", in Navigacija i upravlenije dvizenijem: Materialy dokladov VIII conferencii molodych utchonych. ["To the history of the creation and improvement of the gyrocompass", in Navigation and traffic control: Proceedings of the VIII Conference of Young Scientists]. O.A. Stepanov , V.G. Poshekhonov. Eds. St. Petersburg, RF: SSC RF "Electropribor", 2007, pp. 9-22. (in Russian)
V.V. Аврутов, А.V. Zbrutsky, I.A. Dedok, A.V. Shemelin, V.P. Andrushchik, L.P. Staritsky, “Girocompas [Gyrocompass]”, Opisanije izobretienija k patentu RU 2000542 C. [Description of the invention to patent RU 2000542 C], Bul. № 33-36, 1993. (in Russian)
O.V. Zbrutsky, O.I. Nesterenko, “Corectovanyj girocompas", in Girocompasy dlja navigacii ta navedenja. Rozdily 1-3. ["Correctable gyrocompasses", in Gyrocompasses for navigation and guidance. Sections 4-6]. Kyiv, Ukraine: National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", «Politechnica», 2017, pp. 7-82. (in Ukrainian)
https://www.ixblue.com/sites/default/files/2020-03/Quadrans_2020.pdf
https://www.safran-electronics-defense.com/naval-solutions/commercial-marine/navigation-systems
https://www.raytheon-anschuetz.com/products-systems/product-range/standard-30-mf-gyro-compass/
V.А. Golovanov, Giroscopitcheskoje orijentirovanije: utchebnoje posobije [Gyroscopic orientation: textbook]. St. Petersburg, RF: St. Petersburg State Mining Institute, 2004. [Electronic resource]. Available: https://www.studmed.ru/view/golovanov-va-giroskopicheskoe-orientirovanie-ucheb-posobie_f0621019378.html (in Russian)
N.N. Voronkov, N.М. Ashimov, Giroscopitcheskoje orijentirovanije. [Gyroscopic orientation]. Moskva, SSSR: Nedra, 1973. (in Russian)
L.R. Ambrosini, “Meridian-Seeking Instrument”, Patent 3,512,264, Serial No. 529,325, Filed Feb. 23, 1966. Official Gazette Of The United States Patent Office, Washington: Government Printing Office, 1970.
A.S. Dovgopoly, V.М. Grigoriev, "Precyzijni nazemni avtomatytchni girocompasy", in Girocompasy dlja navigacii ta navedenja. Rozdily 4-6. ["Precision ground automatic gyrocompasses", Gyrocompasses for navigation and guidance. Sections 4-6]. Kyiv, Ukraine: National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", «Politechnica», 2017, pp. 83-194. (in Ukrainian)
http://arsenalcdb.com.ua/images/pdfs/ua/3_2_1.pdf
G. Agins, “Gyro Compass”, Patent 2,802,279, Serial No. 663,370, Filed Apr. 19, 1946. Official Gazette Of The United States Patent Office, Washington, USA: Government Printing Office, 1957.
G.M. Vinogradov, V.L. Budkin, V.M. Solovyov, N.А. Temlyakov, K.A. Bachonin, "Tchuvstvitelnyje element i avtonomnyje sredstva navigacii", at IV mezdunarodnaja nauchno-technitcheskaja conferencia «Giritechnologija, navigacija, upravlenije dvizenijem i konstruirovanije aviacionno-cosmitcheskoj techniky: Sbornik dokladov. Tchast 1. ["Sensitive elements and autonomous means of navigation", at IV International Scientific and Technical Conference "Gyrotechnologies, navigation, traffic control and design of aerospace technology": Collection of reports. Part 1]. Кyiv, Ukraine: NTTU "KPI", 2003, pp. 9-15. (in Russian)
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
