基本介紹
- 中文名：陀螺磁羅盤
- 外文名：gyro magnetic compass
- 組成：磁感測器等
- 原理：地磁
- 套用：飛行器導航等
- 學科：航空科學技術
簡述,結構,原理,
簡述
地磁北南極是根據地殼體鐵磁物質的分布確定的，而地理北南極是根據地球自轉軸確定的，它們之間不一致，存在一個磁偏角。在地球上某個地點的磁子午線是一條指向地磁北的方向線，磁羅盤的磁針指向是這條磁子午線，因此用磁羅盤可建立磁航向基準。中國在公元前2000多年就發明了指南針，它是磁羅盤早期雛形。利用磁針定向原理做成的儀表叫永磁式磁羅盤，它是飛機上最早套用的航向儀表。單純的永磁式磁羅盤因晃動不穩定，在飛機加速飛行、轉彎或機動飛行時會產生大的測量誤差，已被淘汰。
陀螺磁羅盤把磁羅盤和二自由度陀螺儀組合起來，由磁感測器（主要是磁羅盤）、航向向在磁子午線方向的特點，二自由度航向陀螺具有良好的指向穩定性，但它不具備自動尋磁子午線的能力。陀螺磁羅盤利用了它們各自的特點，並使圖中的陀螺機構即二自由度航向陀螺儀的航向指向受磁感測器控制，建立磁航向基準。當飛機飛行方向改變時為駕駛員提供磁航向角指示，又能指示飛機轉彎角度。除永磁式磁羅盤外，感受地磁場的還有地磁感應元件，做成感應式磁感測器。飛機上的陀螺磁羅盤主要採用感應式磁感測器，因而也稱感應式陀螺磁羅盤。
結構
陀螺磁羅盤的結構形式多種多樣，但從結構上講主要由以下幾部分組成。
(1)磁感測器：陀螺磁羅盤的地磁敏感部分，用來測量飛機的磁航向，並輸出磁航向信號。磁感測器有兩種，一種是永磁式，一種是感應式。永磁式是利用磁棒來感應地磁，測量精度較低且體積較大；感應式則利用地磁感應元件來感測地磁，套用較多。磁感測器一般安裝在飛機翼尖等飛機磁場影響較小的地方。
(2)陀螺機構：陀螺機構用來穩定磁感測器測出的磁航向信號。陀螺機構相當於一個陀螺半羅盤（航向陀螺儀），它受磁感測器控制，同時磁感測器又通過它輸出穩定的航向信號給航向指示器。
(3)航向指示器：用來指示磁航向和轉彎角度。現代飛機多採用綜合指示器，不僅能指示磁航向，還可以指示無線電方位角等。
(4)放大器：用來放大陀螺磁羅盤中的電信號，以控制伺服同步裝置。
原理
磁感測器包括地磁感應元件和電位器。地磁感應元件用來測量磁航向，磁電位器則用來復現磁航向信息。磁電位器由環形電阻和一對電刷組成。環形電阻上有三個互隔120°的固定抽頭，分別與指示器和陀螺電位器的三個電刷連線，磁電位器的磁航向由電阻與電刷之間的相對位置確定。陀螺機構為一航向陀螺儀，其外環軸上固定一個環形電阻，該環形電阻與三個電刷組成陀螺電位器，環形電阻直徑兩端處接有電源。陀螺電位器的三個抽頭與磁感測器中環形電阻相隔120°的三個固定抽頭相連線，組成一個伺服同步裝置。當磁電位器所反映的磁航向角與陀螺電位器反映的航向基準不一致，出現失調角，即產生失調電壓時，磁電位器的一對電刷a與b端就會輸出失調電壓，該失調電壓經放大器放大後，驅動協調電機經減速器帶動陀螺電位器上的電刷轉動，直至失調電壓為零。這意味著陀螺電位器的航向基準與磁電位器的磁航向同步。陀螺電位器還與指示器組成一個伺服同步裝置。指示器中有伺服電動機、減速器、伺服電位器。陀螺電位器在建立磁航向的過程中，通過伺服同步裝置的工作，將磁航向信號傳遞給指示器。指示器的伺服電動機工作，通過減速器轉動航向刻度盤，將磁航向基準在刻度盤上反映出來。此時刻度盤上的航向基準線（即0～180°線）與指示器上代表飛機縱軸的指標的夾角，即為該羅盤所測飛機的磁航向。羅盤指示的航向取決於陀螺機構的陀螺電位器所確定的航向。通常指示器上有磁差修正的機械調整裝置，將磁差修正值加到磁航向中，指示器則指示真航向。
陀螺磁羅盤既能測量飛機航向，又可比較準確地指示出飛機的轉彎角速度。平飛時，利用磁感測器測量飛機的磁航向，然後通過陀螺機構控制指示器的指針，使它指示出飛機的磁航向。飛機轉彎時，為防止磁感測器對磁航向的錯誤修正，監視飛機的偏航速率，經角速度感測器切除修正信號，使飛機在改變航向時，航向基準完全由航向陀螺儀來穩定，指示出飛機的轉彎角度。
