Тренажер операторов гироскопических приборов

Тренажер операторов гироскопических приборов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к техническим средствам обучения свойствам трехстепенного гироскопа. Цель изобретения - расширение дидактических возможностей тренажера, что состоит в, расширении возможных движений гироскопа за счет увеличения объема учебной информации. В блок ввода ,учебной информации дополнительно введены блоки задания внешних силовых воздействий и кинетического момента гироскопа. Логический узел, к кото- , рому они подключены, дополнен блоками элементов И и ИЛИ, которые с имеющимися узлами логического сложения и совпадения, а также с соответствующими узлами задатчикон блока учебной информации соединешл на основании правил прецессии и гироскопического момента. Кроме того, для управления движением оси ротора гироскопа задатчшс кинетического момента подключен к блоку гадатации движения оси ротора гироскопа. Работа на тренажере заключается в решении задач на свойство прецессии гироскопа и правило гироскопического момента. При правильном решении имитируется движение оси ротора бегущим огнем. При этом имитируются все.возможные траектории (всего 16 траекторий), которые возникают от действия постоянных моментных или силовых внешний воздействий. 3 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (5D 4 G 09 В 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3768761/24-24 (22) 11.07.84 (46) 30. 06. 86. Бюл. У 24 (71) Казанский ордена Трудового

Красного Знамени и ордена Дружбы народов авиационный институт им. А.Н. Туполева (72) С,В. Кривошеев, С.И. Викторов и Т.А. Дергачева (53) 681.3.071 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 446897, кл. G 09 В 9/00, 1973.

Авторское свидетельство СССР

9 1125221, кл.. G 09 В 9(00, 1983. (54) ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРОВ FHPOCKOHH. ЧЕСКИХ ПРИБОРОВ (57) Изобретение относится к техническим средствам обучения свойствам трехстепенного гироскопа. Цель изобретения — расширение дидактических возможностей тренажера, что состоит в расширении возможных движений гироскопа эа счет увеличения объема учебной информации. В блок ввода . учебной информации дополнительно введены блоки задания внешних силовых воздействий и кинетического момента гироскопа. Логический узел, к кото, рому они подключены, дополнен блоками элементов И и ИЛИ, которые с имеющимися узлами логического сложения и совпадения, а также с соответствующими узлами задатчикон блока учебной информации соединены на основании правил прецессии и гироскопического момента. Кроме того, для управления движением оси ротора гироскопа задатчик кинетического момента подключен к блоку имитации движения оси ротора гироскопа. Работа на тренажере заключается в решении задач на свойство прецессии гироскопа и "правило гироскопического момента". При правильном решении имитируется движение оси ротора "бегущим огнем". При этом имитируются все возможные траектории (всего 16 траекторий), которые возникают от действия постоянных моментных или силовых внешний воздействий.

3 ил.

3 1241277

Изобретение относится к тренаже- им рам для обучения операторов, в ос- 34 човном гироскопии, а именно свойстме . вам трехстепенного гироскопа.

Цель изобретения — расширение 5 мо дидактических возможностей тренажера. мя

На фиг, 1 изображена структурная че схема устройства на фиг.2 — перед— ца няя панель тренажера, на фиг. 3 в возможное схеглное решение для ими — 1О н тации движения оси ротора гироскопа нь ,и для отображения параметров изучае- вь мого объекта. вь

Тренажер состоит из узла 1 задания внешних воздействий гироскопа, который, в свою очередь, состоит из блока 2 задания внешних моментных воздействий — моментов М вЂ .М и бло4 ка 3 задания внешних силовых воздействий — сил Г, q=1 òï (минимальное количество сил равно восьми, т.е.

m=8 можно вводить больше сил, но уже действие их будет эквивалентно одной из восьми сил, приведенных на фиг.1), блока 4 задания угловых скоростей прецессии — G, — Ъ,причем задатчики блока 4 должны быть реализованы так, чтобы можно было устанавливать суммарную угловую скорость прецессии относительно двух осей одновременно, например Й, Я,блока 5 задания гироскопических моментов М,— г блока б задания кинетического момента гироскопа (Н, или Н,,). Предполагается, что задатчики построены на галетных переключателях, причем блок 4 выполнен на двух раздельных переключателях. Задача задатчиков— выдавать управляющие сигналы. Индикаторы внешних моментных возцействий

М<-М4, внешних силовых воздействий

P,,q = 1-8, угловых скоростей пре((У У цессии М,- Ю4,гироскопических моментов М,-М4, кинетических моментов гироскопа (гиромотора) Н, и Н,,можно выполнить в виде стрелок, подсвечиваемых лампочками. Все индикаторы объедииены в блок 7 индикации (функционирования задатчиков), а все блоки

2-7 образуют узел 8 ввода учебной информации. Логический узел 9 имеет двадцать один вход, восемь выходов и включает в себя блок 10 элементов И, имеющий восемь элементов И 1118, блок 19 элементов ИЛИ, имеющий четыре элемента ИЛИ 20-23, блок 24 элементов И, имеющий четыре элемента И 25-28, блок 29 элементов И, еющий четыре элемента И 30-33,блок элементов ИЛИ, имеющий четыре элента ИЛИ 35-38..Коммутатор (не обозначен) узла 9 жно построить на реле 39 с четырьгруппами контактов .40 на переклюние,, При этом будет считать двадть первый вход узла 9 управляющим ходом коммутатора, а входы с триадцатого по шестнадцатый — сигнальми входами коммутатора. Сигнальным городам коммутатора соответствуют ходы, связанные с переключающими контактами 40.,Восемь выходов узла 9

t5 соединены о восемью входами имитатора

41 гироскопа (движения оси ротпра гироскопа)., д<святый вход которого соединен с ы;:годом блока 6, На черть,--:е кснтакты 40 и,oápaæåны в обесточенном состоянии репе 39, что соответствует установке блока 6 в положение Й<„ причем блок 6 выдает управляющий сигнал в узел 9 и блок

41 при задании Й, (можно подачу управляющего сигнала связать с заданием Н<). Правильность ответа ин;:..ицирует блок 42 отображения учебной информации (параметров изучаемого об.ьекта).

ÇÎ Гироскоп, представленный на фиг.2 кинематической схемой, состоит из гивоузла 4-3 (гиромотор и внутренняя ,".ама), помещенного в наружную раму

44. Ротор гиромотора может вращаться

3. либо против часовой стрелки (кине-! тичес.кий момент Н, ), либо по часовой стрелке (кинетический момент Н2 ).

При изучении свойств гироскопа воз можны следующие угловые скорости движения кинетического момента:

g.,л со

При этом кинетическому моменту Н

45 соответствуют траектории 45-52, а кинетическому моменту Н, — 53-60.Траектории являются дугами окружности, и движение по ним можно имитировать

"бегущим огнем" — последовательно загораемыми и гаснущими лампочками.

В нижней части передней панели расположены блоки 2-6, а также тумблер

61 питания и тумблер 62 "<1уск-Сброс".

Блок 3 создает два типа силовых воздействий: первая группа — силы

Р< У Р2 э Г4 Р7э которые обеспечива т угловую скорость прецессии только относительно одной оси, и вторая груп1241277

Р5» создают прецессйю относйтельно двух осей одновременно.На фиг.3 представлено одно из возможных схемных решений блока 41, который по сигналам узла 9 и блока 6 вырабатывает "бегущий огонь", вычерчивающий на кинематической схеме гироскопа траектории движения вектора Н или Й, . Состоянием схемы уп- <0 равляют реле 63-72 и генератор 73, который можно построить на реле 74 с параллельно включенными им конденсаторами 75. При этом в цепи верхнего реле находятся контакты нижнего по <5 схеме реле, а в цепи каждого последующего реле — контакты предыдущего реле.

Так как для имитации движения векторов Н, и Й необходимо шестнад- 20 цать траекторий, то потребуется шестнадцать гирлянд. лампочек, номерам которых присвоим для удобства номера траекторий, приведенных на фиг. 2.

Центральные лампочки, общие для груп 2 из восьми гирлянд, обозначим 76 для Н и 77 для Н, . Для развязки по питанию цепей с лампочками последовательно с ними включены диод 78.

Блок 42 включает в себя реле 79 30 с соответствующими контактами. Реле и их контактам присвоены одинаковые номера.

После включения.в сеть устройство позволяет решать следующие 35 задачи.

Задачи на правило прецессии.

По заданному внешнему моментному М„, k = 1-4 найти угловую скорость прецессии са; i = 1-4 или 40 по заданному внешнему силовому воздействию F, q = 1-8 найти результирующее движение гироскопа, т.е. либо <0; либо Й;+5 i ф j i j = 1-4. (прямая задача) ° 45

По заданному движению гироскопа, представленному 9; или Q;e (3 »ikj

1-4, найти моментное М> ипи си- ловое F воздействие на гироскоп (обратная задача).

Задачи на гироскопический момент.

По заданной угловой скорости прецессии <1; найти гироскопический момент М„ (прямая задача).

По заданному гироскопическому моменту M определить угловую скорость прецессии <.»; (обратная задача).

Каждая йз перечисленных задач может решаться при кинетическом моменте Н, или Й,.

Расширение возможностей тренажа состоит в расширении спектра внешних воздействий и в возможцости реверсировать вращения гиромотора путем задания Н, = -Н

Для пояснения работы устройства рассмотрим решение на стенде характерных задач.

Задача 1. По заданному силовому воздействию, например F, и при кинетическом момента Н» определить движение оси ротора гироскопа (вектора Н ).

После подачи питания на тренажер (в данном случае +27 В), выключатель 61 в положение ВКЛ) задатчик блока 3 устанавливаем в положение

F задатчик блока 6 — в положение

Й<, задатчики блоков 5 и 2 — в нулевое положение (фиг.1 и 2). На передней панели загорается индикатор Й, и

F Чтобы найти движение оси гироскопа (вектора Й<) заменим действие

Г, эквивалентными моментами воздействиями (в данном случае М +М,).Применяя к каждой компоненте М и М, правило прецессии, определяем, что

Й1 будет двигаться с суммарной угловой скоростью 63, w о,,которую устанавливаем на двух переключателях блока 4 (верхний в положение Ы,,а нижний — в положение Я ). Так как реле

39 (см.фиг.1) обесточено и контакты

40 находятся в положении, представленном на схеме, сигналы Я, и <» (положительные или нулевые потенциалы, что определяется типом элемента И и ИЛИ), будут поданы на .элементы 11, 18 и 15, 14 и на элементы 25-28.

Из восьми элементов И только элемент 27 пропускает сигнал на элемент 32. На другой вход элемента 32 поступает сигнал с блока 3: Элемент

32 при наличии двух входных сигналов выдает управляющий сигнал в блок

41, где срабатывает реле 65» и своим замыкающим контактом 65, подготавливает цепь срабатывания реле

71, а контактом 65 — цепь питания гирлянды (на фиг.3 не показана) лампочек 50.,Соответствие номера. гирлянды и реле взаимооднозначно: для Н - 45-70,-<д1," 46-67 — Я, 4769 — ы .) 48-68 — Й4, 49-63 -- (Q,+й,);

50-65 - (а, +ы ); 51-64 — (О, + Р,);

1 241277 52-66 — (Ы +Й, ) „для Н, — 53-69— и,; 54-Ь — у; 55-70 — и 56-б? — и

3> . — 41 .,«57-66 — (Q,+é,); 58-64 — (У, +dg), 59 — 65 — (у,+а ); 60-63 — Я>+ Й ) .

Так как задан Н,, то реле 72 в блоке 41 обесточено и его контакты

72, и 72, замыкают цепи, соответствующие Й,, в частности, горит центральная лампочка 74, общая для 10 восьми гирлянд 45-52,.и подготовлена цепь подачи питания на них °

После включения тумблера 62

"Пуск" реле 71 срабатывает и производит следующие переключения. 1с;

Контактом 71„ отключает конденсатор 75 от иСточника питания, а контактом 71, подключает его на обмотку реле 74, и оно срабатывает.

При этом замыкающий контакт 74, 20 подключает второй конденсатор 75 к источнику питания, а размыкающий контакт 74, разрывает цепь питания второго реле 74. Одновременно контактом 74, разрывается цепь питания лампочки 76, а контактом 74 замыкается цепь питания очередной лампочки гирлянды 50. После разрядки конденсатора 75 на реле 74 оно отпускает, и теперь уже второй кон- 30 денсатор 75 начинает разряжаться на второе реле 74. При этом контакты каждого реле 74 выполняют функцчи, аналогичные функциям первого реле

74. Таким образом, пока реле ?1 находится под напряжением, непрерывно формируется "бегущий огонь!" в гирлянде 50. Время горения лампочек определяется емкостью конденсаторов и сопротивлением обмоток реле.

Для хорошего демонстрационного эффекта достаточно, чтобы время горения каждой лампочки было в пределах

0,4-0,6 с, а число лампочек 10-15.

Контактом реле 71 напряжение

sf

+27 В подается на реле 79 блока 49.

Реле 70 срабатывает и контактом

79 размыкает цепь питания индикатора "Неверно", а контактом 79, замыкает цепь питания индикатора "Вер50 но". Если на задатчике блока 4 установлено любое другое соотношение угловых скоростей прецессии или только одна скорость, то ни один из элементов 11-18, 25-28 не выдает управляющий сигнал и ни одно реле

63-70 в блоке 41 не срабатывает, а счедовательно, после включения тумблера "Пуск" реле 71 и 79 обесточиваются, в блоке 29 загорается индикатор "Неверно", и век-ор Й, не совершает движение, имитирующее прецессию гироскопа.

Режим задачу 1 при изменении направления вращения ротора — при кинетическом моменте Н,.

После установки задатчика блока

6 в положение Н2 поступает управляющий сигнал (в нашем случае — 27 B) на реле 39,. которое срабатывает, и

его контакты 40 переключаются (занимают правое положение на схеме фиг.1). Одновременно с задатчика блока 6 поступает управляющий сигнал в лок 4 1„ где срабатывает реле

72 и своим .контактом 72, подготавливает цени питания гирлянд 53-60, а контактом 72, подает питание «!а центральную лампочку 77 данной группы гирлянд, причем схема соединения внутри коммутатора и с узлами логических совпадений определяется правил":м прецессии и гироскопического момента,. Теперь сигналы задатчика блока 4 6), и (8, соответствуют неправильному ответу. устанавливая в соответствии с правилом прецессии на задатчике блока 4 и и Q> получим выполнение условия логического совпадения только на элементе 27 и соответственно на элементе 32. По его сигналу срабатывает реле 65 блока 41, которое контактом 65,l подготавливает цепь срабатывания реле 71, а контактом

65 — цепь питания гирлянды 59.

При включении тумблера "Пуск" работа блоков 41 и 42 происходит так же, как при Й,, с той лишь разницей, что "бегущий огонь" "вычерчивает" траекторию 59.

Задача 2. По заданной угловой скорости прецессии, например Й оп— Г

« ределить М .

Случай Н„. Для этого задатчик блока 4 устанавливаем в положение

Ю,, задатчик блока 6 — в положение

Н,, остальные задатчики — в нулевое положение. В соответствии с равилом определения гироскопического момента устанавливаем на задатчике

«г блока 5 M . Так как реле 39 обестоФ чено; то через контакты 40 сигнал, соответствующий р,,поступает на элемент 18, на другой вход которого поступает сигнал с зацатчика блока

124127!

5. При этом на его выходе, а также на выходе элемента 23 возникает управляющий сигнал. В блоке 41 срабаты вает реле 70, которое контактом 70 подготавливает цепь срабатывания реле 71. При включении тумблера

62 "Пуск" блок 41 начинает вырабатывать бегущий огонь . В гирлянде

45 начинают гаснуть и загораться лампочки, "вычерчивая" траекторию 45

Цепь питания этой гирлянды подготовлена контактами 70, и 72<, последний из которых находится в нижнем положении.

Случай H . Для этого устанавливаем задатчик блока 6 в положение

Н, . Срабатывают реле 39 и 72. Контакты 40 обеспечивают правильное переключение выходов задатчика блока

4 к блокам 18 и 24. В соответствии с правилом гироскопического момента устанавливаем на задатчике блока

5 гироскопический момент Й, . При г этом только на элементе 16 присут,ствуют два сигнала одновременно, и он выдает управляющий сигнал, который через элемент 22 вызывает срабатывание реле 69, а следовательно, и реле 71. После срабатывания реле

71 схема блоков 41 и 42 всегда работает иден гично с той лишь разницей, что генератор 73 управляет различными гирляндами — в данном случае гирляндой 53.

В генераторе 73 последнее реле имеет отдельное обозначение 74, где М вЂ” число лампочек в гирлянде. ,Когда оно срабатывает, то загорается центральная лампочка 76 и 77.

Цепь питания формируется контактом

74н-,, Предлагаемое устройство позволяет решать задачи при самоподготовке к лабораторным занятиям и экзаменам, служить эффективным и наглядным контролирующим инструментом, демонстрировать свойства трехстепенного гироскопа при чтении научно-популярных лекций.

Задачи с силовыми внешними воздействиями приводят к более глубокому пониманию как свойств гироскопа, так и правила построения мо- . мента силы по ее вектору. При этом можно значительно расширить число вариантов задач, что исключает возможность механического запоминания плана решения отдельных задач.

Формула . изобретения

Тренажер операторов гироскопических приборов, содержащий блоки задания внешних моментных воздействий гироскопа, угловых скоростей прецессии и гироскопических моментов, выходы которых соединены соот10 ветственно с входами первой, второй и третьей групп входов блока индикации, выходы блока задания гироскопических моментов подключены к, соответствующим входам первой груп15 пы входов первого блока элементов И, выходы которого соединены с соответствующими входами первого блока элементов ИЛИ, выходы которого через имитатор гироскопа подключены к входу блока отображения учебной информации, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью расширения дидактических возможностей тренажера, в него введены последовательно включенные блок задания внешних силовых воздействий гироскопа и второй блок элементов ИЛИ, выходы которого соединены с соответствующими входами второй группы входов первого блока элементов И, последовательно включенные коммутатор, второй блок элементов И и третий блок элементов И, выходы которого соецинены с соответствующими входами второй группы входов имитатора гироскопа, и блок задания кинетического момента гироскопа, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами четвертой группы входов блока индикации, а первый выход -- с соответствующими входами коммутатора и имитатора гироскопа, выходы первой группы выходов блока задания силовых воздействий гироскопа подключены к соответствующим входам пятой группы входов блока индикации, а выходы второй группы

Гвыходов — к соответствующим входам шестой группы входов блока индикации и второй группы -входов третьего блока элементов И, выходы блока задания внешних моментных воздействий гироскопа соединены с соответствующими .входами второй группы входов второго блока элементов ИЛИ, выходы коммутатора подключены к соответствующим входам третьей группы входов первого блока элементов И.

1241277

t 241277

БЕРИО

НЕЬЕРНО

Руэгг

Cbpae

Юыкл

1241277

Составитель А. Карлов

Техред 0,Сопко Корректор ):. Сирохйан

Редактор Е. Копча

Заказ 3602/46 Тираж 455 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыткй

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г ° Ужгород, ул. Проектная,4