2.3. Предварительное конструирование основных частей устройства в отдельности (третий этап)

К оглавлению
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 

Как было отмечено, стремление конструктора к улуч­шению компоновки сложного устройства посредством объединения отдельных частей, несущих разные функ­ции, сдерживается рядом факторов. Объединение час­тей возможно лишь на основе объединения их функций, в общем случае разнородных, что является почти всег­да нелегкой задачей.

Конструктивные варианты, основанные на объедине­нии частей, часто носят проблемный характер, требуют длительной теоретической или экспериментальной про­верки и потому часто выходят за рамки возможностей конструктора. Помимо этого, стремление к органичес­кому объединению, сращению частей нелегко согласу­ется с весьма существенными для сложных конструкций требованиями поэтапной сборки. Преимущества кон­струкции, предусматривающей окончательную сборку устройства после сборки отдельных частей, заключают­ся в возможности предварительного контроля качества собранных частей, возможности их комплексной регу­лировки и проверки по техническим условиям, приме­нения стандартизированных узлов, кооперирования и т. п.

Принимая во внимание все эти причины, будем счи­тать, что процесс объединения частей типичного слож­ного устройства, создаваемого впервые, как правило не доходит до степени их полного слияния. Это позволит нам в результате учета особенностей принципиальной схемы и изучения технических требований различить в будущем устройстве, независимо от возможных вари­антов его компоновки, несколько крупных частей, выпол­няющих различные функции.

Если такое расчленение произведено правильно, то имеет смысл начать собственно конструирование с раз­дельного рассмотрения каждой части будущей конструк­ции. Этот решающий шаг сразу открывает чрезвычайно важную возможность для разделения и группировки тех­нических требований, составляющих единый перечень. Каждая составная часть должна удовлетворять опреде­ленной группе требований перечня, среди которых уже легче выделить несколько наиболее существенных для компоновки данной части. Строго говоря, требования, относящиеся непосредственно к данной части устрой­ства, должны быть сгруппированы по степени их важ­ности для компоновки. При этом конструктору наряду с имеющимися техническими требованиями необходимо учесть и дополнительные, не входящие в первоначаль­ный перечень, но отражающие связи рассматриваемой части с другими частями устройства.

Предположим, что конструктор сумел для каждой составной части отобрать несколько эскизов конструк­тивных вариантов (будем называть их подвариантами), которые он счел наиболее удачными. Если теперь, соче­тая между собой различные подварианты различных частей, оценивать возникающие варианты компоновки всего устройства по некоторым заранее выбранным кри­териям, то можно отобрать наиболее оптимальные ва­рианты, приблизившись тем самым к решению задачи.

Такова примерная схема перехода от технических требований к первоначальным эскизным решениям ком­поновки устройства в целом. Схема может считаться ти­пичной для сложных устройств.

Первоначальный поиск конструктивных вариантов это наиболее увлекательная стадия конструирования, имеющая ярко выраженный творческий характер нача­ла процесса. Вся последующая работа по выбору окон­чательного варианта компоновки устройства связана с многократными масштабными прорисовками вариантов сочетаний частей, с поисками компромиссов, принятием вынужденных решений, словом, с обычными трудностя­ми реализации технических идей.

Но в рассматриваемый момент конструктору надо найти эти идеи, набросать эскизы первых компоновоч­ных решений для каждой из основных частей устрой­ства. Найденные подварианты каждой из частей на са<мых первых порах поиска не сопоставляются друг с другом и не слишком тщательно проверяются на соот­ветствие техническим требованиям. Компоновщик до из­вестного момента дает волю фантазии. Он позволяет себе облекать принципиальную схему в самые разные конструктивные одежды, не отдавая ни одной предпоч­тения. Пусть запас времени у конструктора и невелик, но он сознательно оттягивает стадию сравнения подва-риантов и отбора наилучших, так как отдать сразу пред­почтение какому-либо из подвариантов — это значит в какой-то степени уже лишить себя свободы дальней­шего поиска, а вместе с тем и возможностей отыскать иные, лучшие решения.

В процессе поиска первоначальных подвариантов создание самостоятельных комбинаций из общеизвест­ных и присущих только данной конструкции деталей сочетается с заимствованием готовых узлов, с нахожде­нием конструктивных принципов ассоциативным путем и т. п. Условно можно говорить о наличии у каждого конструктора не только некоторого запаса готовых ва­риантов, но и некоторой области их поиска, которая по мере накопления опыта работы непрерывно расширя­ется.

Область ближайшего поиска вариантов — это те или иные источники информации, хранящие и система­тизирующие накопленный опыт конструирования сход­ных устройств. Здесь и чертежно-техническая докумен­тация, и проектные материалы, и результаты испытаний, и научно-технические отчеты. К той же области можно отнести специализированную техническую литературу, справочники по деталям машин, механизмам и т. п.

Область дальнего поиска вариантов безгранична и неопределенна. Оригинальные конструктивные решения могут быть найдены и вокруг нас, в мире привычных ве­щей, и в заводских цехах, и в мире живой природы. Ре­шающее преимущество в таком поиске имеет тот кон­структор, которому интерес к механике, к внутренней жизни заводских цехов, к машинам и механизмам поз­волил до возникновения данной задачи уже накопить

достаточно полный, разнообразный и мобильный запас инженерных знаний. Пополнение запаса конструктивных вариантов должно составлять непрестанную заботу на­чинающего конструктора. Интерес к такого рода заня­тию может в известной степени служить мерой склон­ности к конструированию.

Для примера рассмотрим последовательность компо­новки относительно сложного навигационного самолет­ного устройства — гиростабилизатора с астрокоррекцией. Нас будут интересовать не принципы работы устрой­ства, а вопросы, касающиеся процесса раздельного кон­струирования (по частям) любых сложных устройств. Изложение будет вестись таким образом, чтобы дать возможность читателю обобщить конкретный материал, не затрудняя себя усвоением незнакомых ему сведений из области навигации. Минимальный запас приведенных специальных сведений излагается возможно более по­пулярно.

Гиростабилизатор с астрокоррекцией, устанавлива­емый на борту самолета, решает сложные задачи ориен­тации и дальней навигации. При совместной работе с другими устройствами системы навигации он может обеспечить получение достаточно точных данных о мес­тонахождении самолета, величине пройденного пути, направлении полета и, наконец, об угловых смещениях самолета относительно вертикали и по курсу в каждый данный момент полета. Информация от гиростабилиза­тора может поступать как к пилоту и штурману, так и в автоматические устройства (например, в автомат курса).

Принципиальная схема гиростабилизатора с астро­коррекцией показана на рис. 2.4. Центральная часть устройства носит название гиростабилизированной плат­формы или гироплатформы. Гироплатформа «развяза­на» относительно корпуса самолета по трем степеням свободы при помощи трехстепенного карданова подве­са /. Наружное кольцо карданова подвеса установлено на амортизаторах в кольце крепления 7, жестко связан­ном с самолетом. Гироплатформа, выполненная в виде рамы, несет на себе узел гироблоков и акселеромет­ров // и оптическую головку ///. Последняя расположе­на в непосредственной близости от астрокупола (астро-окна) IV самолета.

В соответствии с принципиальной схемой разделяем гиростабилизатор на три главные части (не считая несу­щей рамы гироплатформы):


— трехстепенный карданов подвес /;

/—разгрузочный двигатель с редуктором; 2—траверса карданова под­веса; 3—датчик угла поворота траверсы; 4—наружное кольцо карда-нова подвеса; 5—коробка гироплатформы; 6—арретир гироплатформы; 7—кольцо крепления гиростабилизатора к корпусу самолета; 8—акселе­рометр; 9—амортизатор; 10—арретир наружного кольца карданова под­веса; //—механизм вращения телескопа; 12—телескоп; 13—механизм вращения оптической головки; 14—гироблок

узел гироблоков и акселерометров П\

оптическая головка III.

Астрокупол IV, строго говоря, не входит в конструк­цию гиростабилизатора, но функционально и конструк­тивно очень тесно с ним связан и потому тоже должен быть подвергнут рассмотрению в качестве четвертой главной части.

Каждая из перечисленных частей может входить как составная в различные навигационные устройства, вы­полняя вполне определенные функции. Поэтому раз­дельное рассмотрение каждой части необходимое для поставленной нами цели технически достаточно обосно­вано.

Несколько замечаний о функциях каждой из частей.

Трехстепенной карданов подвес. Карда­нов подвес обеспечивает «развязку» гироплатформы от­носительно корпуса самолета. Это значит, что при любой качке самолета, а также при виражах и прочих эволю-циях гироплатформа имеет возможность сохранять свое положение в пространстве с весьма высокой точностью.

Стабилизация гироплатформы достигается не только кинематикой карданова подвеса с его тремя взаимопер­пендикулярными осями, но и системой специальных устройств, в которую кроме установленных на платфор­ме гироблоков, входят датчики углов поворота и раз­грузочные двигатели. Датчики устанавливаются на всех трех осях карданова подвеса и замеряют углы поворота этих осей в подшипниках; разгрузочные двигатели через редукторы создают моменты на тех же осях. На схеме (см. рис. 2.4) в целях наглядности изображения пока­зан только один разгрузочный двигатель 1, воздей­ствующий на траверсу 2 карданова подвеса и один датчик угла 3.

Помимо датчиков и разгрузочных двигателей, на кольцах карданова подвеса (в данном случае на един­ственном внешнем кольце) могут помещаться и другие устройства, в частности арретиры, фиксирующие гиро-платформу относительно кольца 4 и само кольцо отно­сительно корпуса самолета.

Узел гироблоков и акселерометров. Гиро-блоки совместно с разгрузочными двигателями осу­ществляют стабилизацию гироплатформы в определен­ном положении, парируя воздействия, вызываемые качкой и эволюциями самолета. Акселерометры вырабаты­вают сигналы, позволяющие совмещать ось Y — У кар­данова подвеса с местной вертикалью в течение всего полета.

Таким образом, в результате совместной работы ги­роблоков, двигателей разгрузки и акселерометров поме­щенная в кардановом подвесе гироплатформа не под­вергается действию качки самолета, а связанная с ней

ось У — У в течение всего полета остается направлен­ной по местной вертикали, т. е. к центру Земли.

Оптическая головка. Площадка, на которой установлена оптическая головка, всегда остается гори­зонтальной. Развязка гироплатформы от корпуса само­лета дает возможность телескопу оптической головки удерживать в поле зрения звезды. Последнее было бы весьма затруднительно в случае установки оптической головки на качающемся самолете. В рассматриваемой схеме телескоп оптической головки следит за двумя звездами поочередно, для чего ему необходимо иметь возможность вращения по двум осям относительно ги­роплатформы. Слежением за звездами осуществляется астрокоррекция, устраняющая те погрешности в поло­жении гироплатформы, которые имеют тенденцию на­капливаться со временем. Точные дистанционные по­вороты телескопа относительно гироплатформы осу­ществляются механизмам'и привода.

Астрокупол. Чем больше размеры стекол астро-купола, чем выгоднее расположены они относительно телескопа (или входного зеркала) оптической головки, тем большее число наиболее ярких звезд может быть использовано для целей астрокоррекции. Но улучшение технических характеристик астрокупола, с точки зре­ния возможностей индикации возможно больших участ­ков неба, является нелегкой задачей, так как астрокупол входит в конструкцию самолета и находится непосредст­венно в воздушном потоке. Эта задача тем труднее, чем выше скорость полета самолета.

Кинематика гиростабилизатора с астрокоррекцией дос­таточно сложна. Действительно, стекло астрокупола не­прерывно качается вместе с корпусом самолета, накло­няется и разворачивается на виражах, гироплатформа точно отслеживает вертикаль, а телескоп оптической головки совершает сложные разнородные движения.

В режиме слежения за звездой телескоп медленно поворачивается вокруг осей Р — Р и У — У. В режиме переброски с одной звезды на другую телескоп повора­чивается вокруг тех же осей, но быстро. После того как вторая звезда попадает в поле зрения телескопа, вновь начинается режим слежения за звездой. Звезды по ме­ре облета Земли самолетом «уходят» по стеклам астро­купола назад (к хвосту самолета) и вбок, увлекая за собой оптическую ось телескопа. Последний является

как бы небольшой частичкой «пространства неподвиж­ных звезд», находящейся на подвешенной в кардано-вом подвесе, «привязанной» к вертикали гироплат-форме.

Дальнейшее изложение будет вестись с таким расче­том, чтобы трудности освоения конкретной кинематики гиростабилизатора не могли служить препятствием для знакомства с методикой конструирования на данном примере.

Рассмотрим процесс предварительного конструирова­ния основных частей гиростабилизатора.

Трехстепенной карданов подвес

На рис. 2.5 показана принципиальная схема трех­степенного карданова подвеса и несколько вариантов ее возможного конструктивного выполнения. Оси карда-нова подвеса совпадают с направлениями ОХ; ОУ; OZ. Допустимые углы поворота гироплатформы (изобра­женной в виде рамки) в осях карданова подвеса носят название углов прокачки. Величины углов прокачки а, Р, у качественно и количественно характеризуют «раз­вязку» гироплатформы относительно корпуса самолета. Обеспечение «развязки»—одно из наиболее важных требований к гиростибилизатору. Рассматривая кар­данов подвес в качестве основной части устройства мы тем самым определяем это требование как существен­ное для компоновки.

Создание конструктивных вариантов подвеса явля­ется началом работы по закладке этого требования в конструкцию. Степень и характер развязки гироплат­формы относительно корпуса самолета зависят от осо­бенностей конструкции карданова подвеса и от распо­ложения его осей. Кольцевой подвес (вариант а) допус­кает возможность неограниченных углов прокачек вокруг внешней и внутренней осей. Угол прокачки во­круг промежуточной оси ограничивается эффектом сов­мещения внешней и внутренней рамок. При угле, близ­ком к 90°, внутренняя ось приближается к внешней, одна из степеней свободы пропадает и карданов подвес вырождается. Подвес с траверсой (вариант б) резко ограничивает углы прокачки вокруг внутренней и про­межуточной оси из-за приближения траверсы к гирр-платформе.


В обоих вариантах карданова подвеса различная ориентация его осей относительно корпуса самолета позволяет по-разному варьировать величинами допус-

тимых углов прокачек. При не слишком больших угло­вых скоростях самолета на вираже неограниченное вра­щение самолета вокруг неподвижной гироплатформы может быть обеспечено (в варианте б) введением до­полнительного виражного кольца 3 со специальным приводом. Разворот  виражного кольца обеспечивает

Неизменную ориентацию траверсы в пространстве. В та­ком варианте функция отработки виража самолета с карданова подвеса снимается и перекладывается на виражное кольцо. Вес и габариты гиростабилизатора при этом увеличиваются. Функция отработки кратко­временных колебаний самолета вокруг вертикали с не­большими амплитудами (рысканье) попрежнему лежит на кардановом подвесе. Можно без большого труда най­ти и ряд других вариантов конструктивного выполнения карданова подвеса.

Обеспечение углов прокачки — это функция карда-нова подвеса, наиболее поддающаяся изучению в отры­ве от реальной конструкции гиростабилизатора. Благо­даря такой особенности этой функции, именно с нее и начинает конструктор исследование многочисленных под­вариантов составляющих «семейство» кардановых под­весов. Когда возможности «семейства» кардановых под­весов в отношении этой функции изучены и системати­зированы, можно сделать предварительные заключения о применимости того или иного подварианта подвеса для компоновки реального гиростабилизатора с реаль­но заданными величинами углов прокачек. Тем самым кладется начало конструктивной реализации принци­пиальной схемы гиростабилизатора.

Следующая особенность карданова подвеса, подле­жащая изучению, связана с его свойством при качке самолета менять расположение входящих в него конст­руктивных элементов (колец или траверсы) относитель­но гироплатформы. Если кольцо или траверса при качке перекрывают пучки света, попадающие в теле­скоп оптической головки, то нормальная работа послед­ней нарушается.

Это свойство «семейства» кардановых подвесов, в противоположность предыдущему, не может быть изу­чено в отрыве от конструкции будущего устройства. Мы изучаем возможности перекрытия пучков в предпо­ложении, что оптическая головка расположена всегда в непосредственной близости от астрокупола, т. е. в верхней части гироплатформы. Такому расположению отвечают варианты виг, которые мы теперь можем изобразить эскизно с учетом изученных возможностей карданова подвеса в отношении прокачек.

Множество других требований, предъявляемых к ги-ростабилизатору, вызывает необходимость придать кар­данову подвесу новые свойства. К таким требованиям относятся: обеспечение рациональной конструкции и ра­ционального расположения амортизационных узлов, обеспечение центровки гиростабилизатора, обеспечение подвода электропроводов к гироплатформе и целый ряд других требований, располагаемых в порядке убывания их важности для компоновки гиростабилизатора.

В стремлении удовлетворить ряду новых требований конструктор наряду с использованием уже найденных им свойств семейства кардановых подвесов отыщет и не­которые новые их свойства. В результате появятся не­сколько подвариантов подвеса, удовлетворяющих всем основным требованиям на рассматриваемом этапе кон­струирования. Однако и эти подварианты не могут счи­таться окончательными. Только в процессе дальнейшей работы конструктор сможет сделать выводы о достовер­ности ряда предпосылок рассматриваемого этапа. Мо­жет случится, что ему еще не раз придется возвращать­ся к «семейству» кардановых подвесов для отыскания более приемлемых подвариантов (предполагается, что конструирование ведется одним конструктором).

Можно заметить, однако, что метод предваритель­ного конструирования частей устройства открывает воз­можности для подключения конструкторской бригады на ранней стадии работ по компоновке сложного устрой­ства. Если один из конструкторов возьмет на себя изуче­ние «семейства» какой-либо части устройства, напри­мер «семейства» кардановых подвесов, то раскрытые им закономерности могут в дальнейшем существенно ускорить компоновку всего устройства, не говоря уже об увеличении вероятности обнаружения рациональных подвариантов. Таким образом, ценой некоторой избы­точности в затратах людских ресурсов может быть достигнуто повышение качества процесса конструиро­вания.

Оптическая головка

«Семейство» оптических головок оказывается чрез­вычайно разнообразным и нелегко поддается планомер­ному изучению. На рис. 2.6 представлены лишь очень немногие из возможных сочетаний кинематических и оптических схем головок. На схемах отражен характер подвеса элементов оптики, но не показаны ни датчики

углов поворота этих элементов, ни механизмы дистан­ционной отработки углов.


Кинематическая схема подвеса телескопа или вход­ного зеркала должна обеспечивать сканирование (обзор) неба в пределах определенного телесного угла. Как по­казано на рисунке, направление оптической оси телеско­па или входного зеркала во всех вариантах может быть

совмещено с направлением на любую звезду (в пределах заданного телесного угла). В каждой из конструктивных схем это осуществляется вращением телескопа или зер­кала вокруг двух осей.

С точки зрения выполнения технических требований к гиростабилизатору далеко не безразлично, как вы­брать эти оси. Удачный или неудачный выбор осей вра­щения оптических элементов установленной на гироплат-форме оптической головки влияет и на величины допус­тимых углов прокачек, и на величину телесного угла сканирования неба через астрокупол.

При строго определенных относительно гироплатфор­мы направлениях осей ОХ, OY, OZ (см. рис. 2.4) воз­можны три комбинации для выбора осей вращения те­лескопа или зеркала: X и У; X и Z; У и Z. Разумеется, конструктор должен перебрать их все. Число возмож­ных конструктивных вариантов для каждой комбина­ции неограниченно. Тем не менее конструктор получает возможность изучить каждую из комбинаций поочеред­но, сделать при этом ряд выводов и тем самым до неко­торой степени упорядочить процесс конструирования.

Перебор вариантов в задачах конструирования ока­зывается весьма полезным, но только там, где число пе­ребираемых сочетаний не слишком велико. Нельзя свес­ти к «перебору сочетаний» всю сложную логику кон­структорского поиска, но можно и должно пользоваться этим способом конструирования на некоторых поисковых направлениях, чем-либо заранее ограниченных. Если та­кие ограничения снимаются, тотчас исчезают и возмож­ности перебора.

В нашей задаче таким ограничением являлась фик­сация координатной системы OXYZ относительно гиро­платформы (или астрокупола). Если направление осей считать произвольным, то всякая возможность упорядо­чить решение задачи перебором сочетаний направлений осей вращения оптических элементов головки отпадает.

Разработка конструкции оптической головки могла бы служить примером конструирования сложного от­дельного устройства, не будь она столь тесно связана с другими частями гиростабилизатора, не будь столь жестких ограничений со стороны астрокупола. При соз­дании оптической головки для данной гироплатформы необходимо согласовывать кинематическую схему под­веса оптических элементов с расположением стекол астрокупола и с кинематической схемой карданова под­веса.

Астрокупол

Наличие разнообразнейших «связей» с самолетом, окружающей средой и гиростабилизатором с астрокоррек­цией делает астрокупол в рассматриваемом случае сре­доточием сложнейших противоречивых требований. Тре­бования аэродинамики заставляют делать его возможно меньше выступающим за обводы самолета и придавать ему обтекаемую форму; Требования со стороны оптической головки ведут к необходимости увеличивать размеры


стекол для увеличения телесного угла визирования (уг­ла охвата неба). Требования прочности препятствуют такому увеличению так же, как и технологические тре­бования на изготовление специальных стекол высокого качества. Температурные условия заставляют отодви­гать оптические элементы от стекол астрокупола, в то время как требования к увеличению телесного угла ви­зирования заставляют, наоборот, приближать их к по­верхности стекла.

На рис. 2.7 приведено несколько возможных кон­структивных схем астрокупола.

Вариант а (плоское круглое астроокно не очень большого диаметра) аэродинамически является почти идеальными решением, но с точки зрения охвата неба наихудшим. Технологически решение очень хорошее. Вариант б выгоден с точки зрения телесного угла визи­рования, но плох в аэродинамическом отношении и мо­жет оказаться чересчур сложным в изготовлении. Ва­риант в сравнительно хорош в аэродинамическом отно­шении, но стыки плоских стекол резко уменьшают возможные телесные углы визирования.

Нелегко компоновщику перед необходимостью тако­го выбора. Вся его предыдущая работа может оказаться бесполезной, так как астрокупол «отрезает пути» к ис­пользованию подавляющего большинства вариантов оп­тических головок. Он ставит под сомнение не только всю работу по предварительному изучению «семейства» оптических головок, но и вообще возможность астро-коррекции данного гиростабилизатора на данном само­лете.

Проходит некоторое время и обе возможности выри­совываются предельно четко: либо весьма значительное ухудшение характеристик гиростабилизатора, либо ка­кое-то совершенно новое решение проблемы визирова­ния звезд. Во всяком случае конструктор должен быть доволен уже тем, что своевременно «нащупал» слабое место всей компоновки, а может быть и принципиаль­ной схемы устройства. Ведь он мог бы до рассмотрения оптической головки и астрокупола заняться узлом ги­роблоков и акселерометров. В этом случае слабое мес­то было бы обнаружено значительно позднее.

Во многих конструкторских задачах подобное сла­бое место обнаруживается с самого начала: оказыва­ется затруднительной совместная реализация двух или нескольких основных параметров. Тогда все усилия кон­структора концентрируются на разрешении этого про­тиворечия, являющегося как бы неблагоприятным част­ным случаем обычного компромисса между параметрами технических требований.

Узел гироблоков и акселерометров

По мере облета Земли самолетом направление мест­ной вертикали (а также и плоскости горизонта) в про­странстве неподвижных звезд непрерывно меняется. В соответствии с этим астрокупол самолета также дол­жен совершать угловое перемещение в пространстве для отслеживания местной вертикали (см. рис. 2.4). Основание оптической головки, укрепленное на гиро-платформе, в свою очередь, должно отслеживать мест­ную вертикаль и поворачиваться в пространстве непод­вижных звезд вместе с астрокуполом. В противном слу­чае оптическая головка при длительном полете развер­нется относительно астрокупола. Это обстоятельство и вызывает необходимость в горизонтировании несущей оптическую головку гироплатформы, ось У — У которой должна следить за местной вертикалью.

Рассматриваемый узел, осуществляющий, как уже отмечалось выше, стабилизацию гироплатформы в го­ризонте на протяжении всего полета, состоит из трех гироблоков и двух акселерометров.

Для того чтобы у читателя сложилось некоторое представление о проблемах компоновки рассматривае­мого узла, приводим здесь простейшие схемы, поясняю­щие устройство акселерометра и гироблока. Акселеро­метр— прибор для измерения линейных ускорений. На рис. 2.8 приведена схема поплавкового маятникового акселерометра с электрической пружиной. Инерцион­ным элементом акселерометра является маятник У, по­мещенный внутри поплавка 2, погруженного в жид­кость. ОХ — ось измерения акселерометра. Для умень­шения трения в опорах объем поплавка 2 выбирается так, чтобы выталкивающая сила жидкости уравновеши­вала вес подвижной си­стемы. При отклонении маятника под действием ускорения сигнал с индук­тивного датчика 3 посту­пает в усилитель 4, а за­тем в электрическую пру­жину 5, которая создает противодействующий мо­мент

М = Сэф, где Сэ — «жесткость» элек­трической пру­жины (момент-ного устройства) ; Ф — угол поворота по­плавка. Демпфирующий мо­мент в поплавковом аксе­лерометре создается трением поплавка о жидкость. Этот момент пропорционален угловой скорости поворота по­плавка.

Температура жидкости в корпусе прибора должна поддерживаться постоянной, так как от этого зависит постоянство величин выталкивающей силы и демпфи­рующего момента.

Два акселерометра, установленные на гироплатфор-ме рассматриваемого стабилизатора и соответствую­щим образом ориентированные, замеряют величину ли­нейных ускорений, действующих в горизонтальной плоскости. Это дает возможность после интегрирова­ния сигналов с акселерометров определить величины скорости и пути самолета.

На рис. 2.9 приведена схема гироблока. Каждый из трех установленных на гироплатформе одинаковых ги­роблоков включает в себя гироскоп, состоящий из гиромотора 1 с наружным ротором 2, вращающимся вокруг оси Z — Z рамки 3; датчик угла поворота 4\ мо­ментный датчик 5.

При быстром вращении ротора проявляются гироско­пические свойства: ось ротора стремится сохранить свое положение в пространстве; момент, приложенный к ос­нованию в направлении, показанном на рисунке, вызы­вает поворот гироскопа во­круг оси рамки, иными сло­вами, вокруг оси, перпенди­кулярной вектору приложен­ного момента. Это движе­ние — прецессия гироскопа, угловая скорость которой прямо пропорциональна ве­личине приложенного мо­мента.

Оба свойства гироскопа используются для стабили­зации гироплатформы при качке самолета и для сле­жения ее за местной верти­калью в длительном полете.

Датчик угла поворота 4 выдает электрический- вы­ходной сигнал, пропорциональный углу поворота рамки 3 вокруг оси X—X (углу прецессии). Моментный дат­чик 5 накладывает на ось X—X рамки 3 момент, пропор­циональный подаваемому на вход датчика электриче­скому сигналу. Оба датчика используются в системе стабилизации гироплатформы и для других целей.

Принципиальная схема гиростабилизатора позволяет расположить каждый из трех гироблоков по-разному. Общее число вариантов расположения всех трех гиро­блоков может быть значительным. Вновь возникает за­дача перебора, для успешного решения которой кон­структору необходимо хорошо разбираться в принци­пах работы гиростабилизатора. В противном случае конструктор не сможет использовать всех возможнос­тей для компоновки. Варьирование расположением ги­роблоков и акселерометров позволяет по-разному фор­мировать центральную часть гиростабилизатора.

Помимо этого, конструктор может заблаговременно

(до компоновки гиростабилизатора) сформулировать требования к наружным формам корпусов гироблоков и акселерометров, так же как и к способам их крепле­ния на гироплатформе. Местные выступы на корпусах блоков могут не мешать их удачному расположению на гироплатформе в каком-либо одном положении, но не при нескольких. Следовательно, можно сделать вывод, что для рассматриваемой задачи конструирования мест­ные выступы на корпусах гироблоков и акселерометров крайне нежелательны. Точно так же, с учетом возмож­ности различных способов ориентации блоков, должны быть продуманы и способы их крепления.

Выше говорилось о том, что этап предварительного конструирования частей устройства должен закончить­ся отбором нескольких подвариантов каждой части для рассмотрения их конструктивных сочетаний в процессе компоновки устройства в целом. Такое представление несколько идеализировано и рассматриваемый пример говорит об этом достаточно убедительно. Процесс пред­варительного конструирования характеризуется, как пра­вило, своей незавершенностью, причем степень этой незавершенности может быть самой различной для отдель­ных частей разных устройств. Иногда оказывается возможным довести этот процесс до разработки оконча­тельного подварианта какой-либо части, иногда прихо­дится ограничиваться изучением «семейства» подвари­антов. Случается, что предварительное расчленение устройства на основе изучения принципиальной схемы оказывается неудачным и в дальнейшем претерпевает изменения.

Рассматриваемый этап знаменует начало непрерыв­ной, непрекращающейся до окончания конструирования работы по обеспечению надежности устройства. На каж­дом из этапов эта работа имеет свои особенности.

Выбрав надежность в качестве важнейшего крите­рия рациональности создаваемой конструкции, мы долж­ны оценивать по этому критерию каждый из эта­пов. Переход от принципиальной схемы к первым кон­структивным эскизам основных частей означает пере­ход от идеализированных элементов к реальным деталям. Связанные с этим особенности попадают в сферу рассмот­рения руководств по деталям машин, машиностроению и приборостроению, прикладной механике и т. п., и пото­му здесь не рассматривается. Отметим только, что наи­

большие трудности Факого перехода связаны с недоста­точно глубоким анализом изменений в кинематике и ди­намике, возникающих при конструктивной реализации схемы, построенной из идеализированных элементов. .

Нераспознанные, неправильно рассчитанные или просто не принятые во внимание силы инерции, трения и упругости в отдельных звеньях кинематической цепи составляют характерный класс причин, обусловливаю­щих недостаточную надежность будущего устройства. Столь же серьезным  недостатком  конструкции, ведущим к появлению отказов, является кинематическая неопределенность. Не следует возлагать чрезмерных на­дежд на экспериментальную проверку устройств с за­ложенной в них кинематической неопределенностью. Маловероятная, но возможная кинематическая комби­нация, ведущая к отказу, должна быть при конструи­ровании исключена.

При изучении семейств подвариантов раскрываются их качества, так или иначе оцениваемые с точки зрения надежности и, наоборот, подход к анализу семейств с позиций надежности помогает находить новые и луч­шие подварианты конструкции частей устройства.

На рис. 2.10 представлена схема, раскрывающая со­держание работ рассмотренного выше этапа в их наибо­лее завершенном виде. Очевидно, что предварительное конструирование частей устройства может заканчивать­ся и промежуточным результатом — созданием се­мейств подвариантов частей. В то же время любые результаты работы (в виде «семейств» или з виде отобранных подвариантов конструкции частей) могут подвергнуться на последующих этапах существенной корректировке.