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第一章 第五节 阿玛-勃朗系列陀螺罗经-2011版

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陀螺罗经的误差

陀螺罗经的误差

14/25
第一类误差的消除
当罗经的等幅摆动周期等于一摆长为
地球半径的数学摆的摆动周期时，不产生 第一类冲击误差。
T 2
H
2
R e
84.4min
0
mglw
g
1
15/25
非周期过度的摆式罗经
❖第一类误差的消除
cos cos vsin K
0
Rw
ee
16/25
第二类冲击误差： （ BII）
S
陀螺罗经的误差
主讲 Ray 导航、制导与控制
目录
1
知识回顾
2 双转子摆式罗经的冲击误差
3
舒拉（Schuler）原理
4 舰船摇摆对陀螺球的指向的影响
5 双转子陀螺球消除摇摆误差的原理
2/25
知识回顾
❖ 自由陀螺仪的视运动
东
西 C
东
东 西
A西 东
B
地球自转
H西
w
东
PN
G
西
西D
东 F
东西 E 东 西
3/25
的控制设备上而引起的罗经的示度误差
21/25
舰船摇摆对陀螺球的指向的影响
❖与罗经的结构参数、罗经的安装位置、 船舶的摇摆姿态、地理纬度和船舶的摇 摆方向等参数有关。
mglh2 w2 4 sin 2K
a
0b
k
4g 2 Hw
1
22/25
双转子陀螺球消除摇摆误差的原理
由于双转子陀螺球绕主轴具有稳定性 减小了x轴偏转角 使摇摆力矩在垂直轴的分量近似为零 从而消除了摇摆误差
6/25
知识回顾 ❖1 下重式罗经的重力控制力矩(安许茨
罗经）
O H
双转子陀螺罗经(安)

双转子陀螺罗经(安)

1）接通电源操纵箱上的电源开关。
2）等20～90分钟后接通随动开关。
图片
3. 关机
1）关闭随动开关。 2）关闭电源开关。 4. 使用注意事项 1）三相电流不同：
启动时为1.5～2.5A； 马达转速达到额定值20 000 r/min后 0.6～1.1A； 第一相最大，第三相次之，第二相最小； 主罗经左侧小门内三项电流指示灯亮度不同。 2）定期检查电压（三相110V333Hz、单相50V50Hz或60V60Hz）。 3）正常工作时支承液体温度为 52C 3C. 4）液面高度符合要求（1～1.5 cm）。 5）陀螺球高度正常（2 1 mm）。 6）分罗经航向应与主罗经航向一致。
3. 液体阻尼器：圆环形，固定在灯形支架上
4. 电磁上托线圈：一、二相供电，定陀螺球中心：涡流 5. 润滑 6. 氢气
线，0 -南
二 、随动部分
跟踪灵敏部分一起转动，使航向刻度盘0-180线与（图片） 主轴始终保持一致，并通过支承液体 向陀螺球供电。 1. 随动球：不密封，对流均热；电木柱、有机玻璃； 顶、底、赤道、随动电极； 2. 中心导杆、蜘蛛架 . 汇电环：6 个环； 4、5、6环→27、28、29号螺钉→顶、底、赤道电极； 随ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电极→30、31号螺钉→2、3环→放大
锁定销
排气螺钉
锁定销 支承液体螺钉 蒸馏水螺钉
随动球组件：随动球、离心水泵、附件等
随动球——充满液体密封球体：贮液缸作用 上半球：1）储液室：230 cm3 蒸馏水，自动补给液体 2）筒式加热器：支承液体导流区域内 3）透明锥体——顶部：测量液面高度 4）印刷电路板——球壳： 过温保护装置、离心水泵移相电容、 连接导流区域内的温度传感器 5）离心水泵：导流管连接下半球导流区，循环通路
阿玛勃朗系列罗经共17页

阿玛勃朗系列罗经共17页


谢谢！
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
阿玛勃朗系列罗经
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
陀螺罗经的结构

陀螺罗经的结构


2.球内部件： (点击可看图 球内部件： 点击可看图 球内部件 点击可看图)
•陀螺马达 陀螺马达 •灯型支架 灯型支架 •液体阻尼器 液体阻尼器 •电磁上托线圈 电磁上托线圈
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三、随动部分： 随动部分：
1.组成： 组成： 组成 随动球、中心导杆、蜘蛛架、 随动球、中心导杆、蜘蛛架、 汇电环、方位齿轮和方位刻度盘。 汇电环、方位齿轮和方位刻度盘。 2.作用： 作用： 作用 跟踪陀螺球航向， 跟踪陀螺球航向，在刻度盘上指 示航向，并给陀螺球供电 陀螺球供电。 示航向，并给陀 尼 器
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电 磁 上 托 线 圈
返回
陀 螺 球
返回
•
灯 型 支 架
返回
•
电刷 中心导杆 蜘蛛架
返回
返回
返回
返回
返回
返回
返回
返回
A.随动球：(out-sphere) 随动球： 随动球
返回
B.中心导杆和蜘蛛架： （net of outer 中心导杆和蜘蛛架： 中心导杆和蜘蛛架 sphere and spider legs） ）
电刷 中心导杆 蜘蛛架
返回
•三相电流走向： 三相电流走向： 三相电流走向 汇电环— 中心导杆— 导电螺钉— 随动球电 极— 支撑液体— 陀螺球电极
在船上为了消除附加的干扰力矩对灵敏部分的影响， 在船上为了消除附加的干扰力矩对灵敏部分的影响， 在主罗经的结构中增设了随动部分， 在主罗经的结构中增设了随动部分，借助于随动系 统使其跟踪灵敏部分运动，带动航向刻庋盘上的0° 统使其跟踪灵敏部分运动，带动航向刻庋盘上的 ° 到180°的刻度线与陀螺球主轴南北线始终保持一致； °的刻度线与陀螺球主轴南北线始终保持一致； 并把灵敏部分支承在固定部分上。 并把灵敏部分支承在固定部分上。
航海仪器 阿玛-勃朗系列陀螺罗经

航海仪器 阿玛-勃朗系列陀螺罗经

l 2）用来对陀螺球与浮动平衡环在 贮液缸内定中心位置；
l 3）受扭产生阻尼力矩Mz，起垂直 轴力矩器作用。
2011­9­21
浙江省精品课程 宁波大学海运学院
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4．贮液缸
l 为密封的容器，呈球形； l 缸内充满高比重的氟油(氟碳润滑剂)， l 使扭丝不受力，陀螺球呈中性悬浮， l 即三心一致： l 重心、浮心和几何中心一致。
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陀 螺 球
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2．陀螺球的支承
l 采用液浮 和金属扭 丝组合支 承。
l 用浮动平
衡环作框
架支承。
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3.金属扭丝的作用：
l（1）水平扭丝 (0.375mm铍青铜丝)
l 是在原有冷型基础上做了一些技术改 进，现在改称勃朗1000型罗经。
l 1．采用自动启动方式，罗经从其动到 稳定运行，只需一次操作主罗经上的电 源开关。
l （启动使用方便，接通电源就可用）
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二、阿玛勃朗10型陀螺罗经
l 2．采用新型电路： l ①摆信号控制电路 l ②压降保护电路：
l 电源系统由变流机、变压器和开关等组成。 l 作用：将船电变换成罗经所需要的26V400Hz
的三相交流电和50V的直流电。
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§5-4 随动系统
l一、组成
l 由两套彼此独立的随动系统组成。即： l 倾斜随动系统： l 保证贮液缸在高度上(q)，跟踪陀螺球； l 方位随动系统： l 保证贮液缸在方位上(a)，跟踪陀螺球。 l 系统由信号测量装置、电磁摆、放大器、随动
航海仪器教学课件——阿玛勃朗系列陀螺罗经

航海仪器教学课件——阿玛勃朗系列陀螺罗经


l（1）水平扭丝 (0.375mm铍青铜丝)
l 1）可看作无磨擦的轴承支承，构成 陀螺球的水平轴；
l 2）用来在浮动平衡环内定陀螺球的 中心位置；
l 3）受扭产生控制力矩——水平轴力 矩My。
2008版
11
Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007 For Evaluation Only.
l 方位陀螺仪状态： l 快速起动，机动航行，在高纬度航行时，工作于方位陀ited by Foxit PDF Editor Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007 For Evaluation Only.
二、阿玛勃朗10型陀螺罗经
2008版
院
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陀 螺 球
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2．陀螺球的支承
l 采用液浮 和金属扭 丝组合支 承。
l 用浮动平
衡环作框
架支承。
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控制力矩

控制力矩


MYC = − M⋅θ
M′
结论：陀螺仪主轴等幅椭圆摆动是主轴视运动 和主轴进动共同作用的结果。
1. 椭圆扁率：椭圆的短半轴和长半轴之比。
θ0 e = α0 =
Hω1 M
可知，当罗经结构参数 H、M 及所在纬度ϕ 一定， e 是个常量，且与摆动的振幅无关。 通常， e 取1/20～1/30，表明： ① 摆式罗经作等幅摆动时其主轴偏离水平面的高度角 甚小于偏离子午面的方位角。 ② 某种原因导致罗经主轴在高度上变化Δθ，则引起方 位上的变化Δα为Δθ 的25～30倍，反之亦然。
αr = 0 θr = − H ω2 /M
物理解释
子午面
M u1 v2
O
v2 ——方位视运动 u1 ——进动（控制力矩）
W θr
E 水平面
M′
稳定位置的物理意义：控制力矩使主轴进动的角速度 正好等于子午面转动的角速度。
实例：
纬度ϕ°（北纬） 罗经类型
0 0 0
20
30
40
50
60
70
80
下重式摆式罗经θr 液体连通器式罗经θr
二、陀螺仪主轴稳定位置
在北纬，陀螺仪主轴存在东偏的视运动，若要消除这个 视运动，就使之向西进动，即ωPZ = ω2，则下重式有 MYC = ω2 ⋅H = − M⋅θr 所以 此时
θr = − H ω2 /M αr = 0
对于液体连通器式H 指南， X 轴负向，故 H ＜0， 则有 − ω2 ⋅H = M θr 结论：无论是下重式还是液体连通器式，陀螺仪 主轴稳定位置均为：
−2.′4 −3.′5 −4.′5 −5.′3 −3.′0 −4.′4 −5.′7 −6.′7
−6.′0 −6.′6 −6.′9 −7.′6 −8.′2 −8.′6
电罗经

电罗经

第二节陀螺罗经概述1．发展法国物理学家列昂.福科（Leon Foucault) 1852年提出的陀螺指向理论；现代船舶上普遍使用的陀螺罗经于本世纪初研制成功的船舶指向仪器。

1908年德国生产出了安许茨型陀螺罗经（ANSCHÜTZ gyrocompass）；1911年美国生产出了斯伯利型陀螺罗经（SPERRY gyrocompass）；1916年英国生产出了勃朗型陀螺罗经（BROWN gyrocompass）。

2．分类近百年，生产出了近百种型号的陀螺罗经，主要分为三大系列或两大类型。

按照结构特点和工作原理分为三大系列：即安许茨系列；斯伯利系列；阿玛-勃朗系列。

按照灵敏部分转子个数分为两大类型：即单转子陀螺罗经和双转子陀螺罗经。

按照控制力矩的性质分为两大类型：机械摆式陀螺罗经和电磁控制式陀螺罗经。

按照阻尼方式分两大类型：水平轴阻尼陀螺罗经和垂直轴阻尼陀螺罗经。

3．与磁罗经相比较，陀螺罗经的主要优缺点主要优点：指向精度高；多个复示器，有利于船舶自动化；不受磁干扰影响，指向误差小；安装位置不受限制等。

主要缺点：必须有电源才能工作（可靠性较差）；工作原理、结构复杂。

4．发展趋势体积小型化；广泛采用先进技术；提高指向可靠性和使用寿命；简化维护保养。

一、陀螺罗经指北原理1.自由陀螺仪及其特性1）自由陀螺仪(free gyroscope)定义陀螺仪从广义讲就是一种能绕定点高速旋转的对称刚体。

实用陀螺仪是高速旋转的对称刚体及其悬挂装置的总称。

按其悬挂装置不同分为单自由度陀螺仪(single-degree of freedom gyro.)、二自由度陀螺仪(two-degree of freedom gyro.)和三自由度陀螺仪(three-degree of freedom gyro.)。

平衡陀螺仪(balanced gyroscope)：若陀螺仪的重心（G）与中心（O）重合。

自由陀螺仪：重心（G）与中心（O）重合，不受任何外力矩作用的三自由度平衡陀螺仪。

船舶电子电气专业评估资料导航部分

船舶电子电气专业评估资料导航部分

船舶电子电气专业评估资料导航部分〔通讯导航设备局部〕天津海运职业学院船电教研室2021.08.15适用对象为有限航区及沿海航区750kw及以上船舶电子员船舶通讯〔GMDSS〕设备一.GMDSS配置(总表〕二. GMDSS实施设备可用性岸上维修shore-based maintenance：应具有消费或船级社认可的设备陆上维修证书；海上维修at-sea maintenance：船舶应装备一切设备的技术资料和足够的备品、备件、测试设备及合格的维修人员；双配套duplication of equipment：可依照预订经过的海区附加装备无线电设备，每一附加设备应与各自天线相连，其装置可随时可用；配置方式必经船检社认可：A1和A2航区船舶至少运用下面三种的一种；A3和A4航区船舶至少综合运用下面三种的两种；三．海上无线电通讯基础知识完成信息传输的系统称为通讯系统，系统结构如下信号源可以分为模拟信号和数字信号原始信号〔基带信号〕的参量取值为延续的电信号为模拟信号〔如语音话筒输入〕原始信号〔基带信号〕的参量取值为仅能够取有限个值〔团圆〕为数字信号〔如电传机，计算机输入输入〕发送设备作用是未来自信号源的原始信号转换成为适宜在信道中传输的信号接纳设备的作用是将接纳到来自信道的、遭到减损的信号中恢复或反变换出原始电信号、传送给受信者发送器设备和接纳器设备是一种变换器，又称调制解调器模拟调制AM〔SSB/DSB)PMFM数字调制PSK、ASK、FSK〔2FSK)模拟通讯系统经过调制后的已调信号〔模拟信号或数字信号〕延续信息的传输后再经解调恢复基带信号传输有效性可用有效传输频带来权衡数字通讯系统模拟信号源输入幅度随时间延续变化的电信号或团圆信源输上天团圆电信号变换构成有代表信息的数字信号序列停止传输，为了增加传输过失，信号编码的码元中按一定规那么参与抗搅扰编码，提高通讯牢靠性；因此必需处置收发同步的效果。

传输有效性可用信息传输速度来权衡(b/s)模拟通讯系统模型船上典型设备：SSB VOICE,NBDP,DSC,VHF数字通讯系统模型船上典型设备： INMARSAT 系统信道按传输媒质分有线信道：架空明线、电缆、光纤等缺陷：空间受限制无线信道：天波和地波传输不同的信道具有不同的任务频率范围，适宜不同信号传输，由信道惹起的幅度衰减和附加相移是不同的。

第1章 陀螺罗经1.

第1章 陀螺罗经1.


三、发展历史
两千多年前，我国劳动人民在生活和生产实践中发现了陀螺 的基本特性。 1852年，法国科学家福科第一个利用陀螺特性并与地球自转 相联系，它利用三自由度陀螺仪的定轴性来观测地球自转； 并提出了创见性的理论。 1878年，美国科学家霍布金发明了用电机推动的陀螺罗经。 1908年，德国人安许茨创造了世界上第一台实用陀螺罗经。 成为一个罗经系列。陀螺罗经也由此开始出现。 1909年，美国人斯伯利也创造了单转子弹性支承的陀螺罗经， 并且也逐步发展成为一个罗经系列。 二十世纪五十年代，一个新的罗经系列逐渐形成，即美英两 国合作生产的阿玛勃朗型——电磁控制式陀螺罗经。
三、陀螺仪的基本特性
1．陀螺仪的定轴性（也称稳定性） 不受外力矩作用时，陀螺仪的主轴保持 其空间的初始方向不变。
定轴性实验录像
三、陀螺仪的基本特性
1．陀螺仪的定轴性（也称稳定性）
实验一：自由陀螺仪转子不转，转动陀螺仪基 座，主轴随基座一起转动。 实验二：自由陀螺仪转子高速旋转，转动陀螺 仪基座，主轴不随基座一起转动。 自由陀螺仪表现为定轴性的条件是：陀螺转子 高速旋转；陀螺仪不受外力矩作用。
•We分解为： W1=Wecosφ（水平分量） W2=Wesinφ （垂直分量）
φ :地理纬度）
W2 φ W A W1
φ
N
PN
•W1：在北纬使水平面 SENW的东半平面不断 下沉，西半平面不断上 升。（南纬相同） •W2：在北纬使子午面S Z。N的N点不断向W移 动。（南纬反之）
A
PS
自由陀螺仪主轴指北端的视运动规律
自由陀螺仪在地球上的视运动
北半球，若将自由陀螺仪 放在A点，使其主轴位于 子午面内并指恒星S，由 于地球自西向东转，经 过一段时间后，它转到B 点，因定轴性，陀螺仪 主轴仍将指恒星S方向但 相对子午面来说，主轴 指北端已向东偏过了α 角。 北纬看自由陀螺仪视运动
航海仪器课后解答

航海仪器课后解答

航海仪器课后复习题第一章陀螺罗经1.叙述陀螺仪的定义及其基本特性。

定义：工程上将高速旋转的对称刚体（转子）及其悬挂装置的总称叫做陀螺仪。

基本特性：定轴性进动性2.何谓平衡陀螺仪和自由陀螺仪？平衡陀螺仪：陀螺仪的中心和其几何中心相重合的陀螺仪。

自由陀螺仪：不受任何外力矩作用的平衡陀螺仪。

4.位于地球上的自由陀螺仪的视运动有何规律？如何解释其物理实质？自由陀螺仪在地球上的视运动规律：北纬东偏南纬西偏，（偏转角速度为w2）东升西降南北一样（升降角速度为w1a）物理实质：当地球自转时，在北纬子午面北点N 向西偏转，由于陀螺仪的定轴性，主轴空间指向不变，跟地球一起运动的观察者看到主轴北端在不断向东偏转。

同理在南纬，主轴指北端向西偏转。

当陀螺仪主轴指北端偏离子午面以东时，受w1 的影响，水平面东半平面下降，陀螺仪主轴的指北端相对水平面产生上升的视运动；当陀螺仪主轴的指北端偏离子午面以西时，由于水平面西半平面上升，陀螺仪主轴则产生下降视运动。

5.影响自由陀螺仪主轴不能稳定指北的主要矛盾是什么？克服该主要矛盾对自由陀螺仪影响的基本原则是什么？W2 是影响自由陀螺仪主轴不能指北的主要矛盾。

克服该矛盾对自由陀螺仪影响的基本原则是利用陀螺仪的进动性，对陀螺仪水平轴施加一个外力M ，使陀螺仪周周绕OZ 轴进动，并满足w'=M/H=w26.叙述变自由陀螺仪为摆式罗经的两种方法。

第一种是重力下移法。

将陀螺仪的重心沿垂直轴下移，时重心不与支架中心O 重合，当主轴不水平时，产生控制力矩。

根据这种方法制成的罗经称为下重式罗经。

第二种是水银器法或液体连通器法。

在平衡陀螺仪上悬挂液体连通器，液体连通器中注入适量的高比重液体（如水银或其他化学溶剂），用以产生控制力矩。

这类罗经一般被称为水银器罗经或称液体连通器罗经。

7.为何双转子摆式罗经与液体连通器罗经二者的动量矩H 的指向不同？由于地球自转，双转子摆式罗经主轴指北端偏离水平面后产生的重力控制力矩My 使陀螺仪主轴指北端向子午面北端靠拢，自动找北。

阿玛勃朗系列罗经

精品资料启动罗经时船舶停靠不动陀螺球主轴阻尼找北位于主轴方向两端的电磁铁相对贮液缸内侧南北轴方向两端的陀螺球位置敏感线圈在倾斜上和方位上产生位移陀螺球位置敏感线圈的倾斜敏感线圈产生倾斜随动信号而方位敏感线圈产生方位随动信号
阿玛勃朗系列罗经
基本要求与概述 主罗经结构 电路系统 使用与保养
3.固定部分
固定部分包括罗经箱体、操作面板、航向步进 发送器、余弦解算器及电子器件等组成。罗经箱 体由底座、中部箱体和顶盖组成，其中中部箱体 和顶盖在修理时可以拆装。操作面板如右图所示。 面板上设有主罗经电源开关（power）、旋转速率 旋钮（slew rate）、方位按钮（azimuth）、倾 斜按扭（tilt）、速度旋钮（speed）、纬度旋钮 （latitude）和照明旋钮（illumination）。 航向步进发送器的转子由方位随动电机通过方位 齿轮驱动，信号绕组产生的主罗经航向信号，控 制分罗经步进接收机工作，使分罗经复示主罗经 航向；余弦解算器相当于同步航向发送器，其转 子也是由方位随动电机通过方位齿轮驱动，信号 绕组产生的航向信号控制速度误差力矩器，产生 与航向成余弦规律变化的校正力矩；电子器件主 要为一块底板和六块插接电路板，分别用来产生 稳定的直流电源、放大随动信号、控制随动系统 工作、控制电磁摆信号、控制传向系统工作等。
在陀螺球内侧主轴方向的两端有两块电磁铁 (electromagnetic)，与位于贮液缸内侧南北轴方向的两个陀 螺球位置敏感线圈(sensitive coil)，组成随动信号测量装置。 陀螺电机和电磁铁的电源由贮液缸通过绕在扭丝上的柔软银 丝输入。
2.随动部分
随动部分由贮液缸、倾斜平衡环(tilt gimbal ring)、
4.附属电路
阿玛-勃朗10型陀螺罗经除了以上三大系统电路外，还设有稳压 电路、压降保护电路和摆信号控制电路等。

01陀螺罗经指北原理

航海仪器
《航海仪器》的内容
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 陀螺罗经(电罗经)（GYRO-compass） 磁罗经（Magnetic-compass） 计程仪（LOG） 测深仪（ECHO sounder） 罗兰C（Loran-C） 全球卫星导航系统（GNSS） 自动识别系统（AIS） 航行数据记录仪（VDR） 组合导航系统（INS/IBS）
物理解释：
子午面
u1 u1 v2 v1 v2 θr v1 进动 u1 v2 M v2 v1 u1
2. 自由陀螺仪主轴视运动规律 1）方位视运动 方位视运动角速度为ω方 = −ωZ = − ω2 = − ωe⋅sinϕ ★ 在北纬ϕ ＞ 0，则ω方 ＜ 0，作用于OZ轴负向， 主轴指北端向东偏离子午面。 ★ 在南纬ϕ ＜ 0，则ω方 ＞ 0，作用于OZ轴正向， 主轴指北端向西偏离子午面。
2）高度视运动 高度视运动角速度为ω高 = −ωy , 考虑α 正负符号，则ω高 ≈ ωe⋅cosϕ ⋅α ≈ ω1⋅α 无论北纬或南纬，cosϕ ＞ 0，则ω1 ＞ 0， ★ 主轴指北端偏离子午面向东，即α ＜ 0， 则ω1⋅α ＜ 0，ω高在OY轴负向，主轴指北端上升。 ★ 主轴指北端偏离子午面向西，即α ＞ 0， 则ω1⋅α ＞ 0，ω高在OY轴正向，主轴指北端下降。
ωP = M / H
陀螺仪主轴的位置确定 —— 方位角α —— 高度角θ
第二节 陀螺仪主轴视运动
太阳东升西降——人眼所见
视运动：自由陀螺仪主轴产生的相对于地理坐标系 的相对运动。
大家知道，地球地轴（自转轴）在空间的指向是 不随地球的公转而改变的，它只是平行移动。 地球自转角速度 自转一圈时间
ωe = 7.292 × 10−5 rad/s
航海仪器的作用：

第一章电罗经


液体连通器：斯伯利系列罗经产生控制力 矩的设备是在陀螺仪主轴两端加装液体容 器，内充一定液体，液体可在两个容器之 间流动。 当陀螺仪工作，t t1时，陀螺仪位于 A1处， 当陀螺仪工作，t = t1时，陀螺仪位于 A1处， 此时主轴水平指东，θ 0，两个容器中的 此时主轴水平指东，θ = 0，两个容器中的 液体数量相等，液体重力mg作用线通过陀 液体数量相等，液体重力mg作用线通过陀 螺仪中心O，重力mg不产生力矩。 螺仪中心O，重力mg不产生力矩。
陀螺仪 陀螺仪 Gyroscope
Vertical Axis Horizontal Axis Spin Axis
三度自由
平衡陀螺仪： 平衡陀螺仪： 重心与几何中心相重合的陀螺仪。 自由陀螺仪： 自由陀螺仪： 不受任何外力矩作用的平衡陀螺仪。
陀螺仪之特性
定轴性 定轴性(gyroscopic inertia) inertia)
第一章 陀螺罗经 陀螺罗经 Gyro compass
教学目的和教学设备、资料 目的：掌握陀螺罗经的基本设计思想，了 解陀螺罗经误差的种类、产生原因、消除 方法 。 教学设备：投影仪 资料：参考《船用陀螺罗经》 资料：参考《船用陀螺罗经》，任茂东编
教学内容和时间分配 1、讲授陀螺仪的结构：转子、内环、外环、 基座、三轴、三个自由度 2、归纳陀螺仪的两个特性：定轴性和进动 性 3、进动公式 4、归纳地球上自由陀螺仪的视运动规律
讲授内容重点和注意事项 重点一：陀螺仪两个特性的阐述，阐述要 准确，物理概念清晰，并要解释其物理实 质。 重点二：陀螺仪的视运动规律分析，要注 意强调是主轴指北端的运动规律，在分析 相对于水平面的运动时，阐述要准确，物 理概念要清晰。
重点三：为什么要引入控制力矩？要结合 进动性解释其物理实质。 重点四：等幅运动分析，应结合线速度的变 重点四：等幅运动分析，应结合线速度的变 化规律解释清楚椭圆轨迹的形成，重点指 出稳定位置的概念和实质。 重点五：为什么要对罗经施加阻尼力矩？要 结合等幅运动的特征解释清楚。 重点六：冲击误差的定义，不产生冲击误差 的舒拉条件

陀螺罗经指北原理


VE
Re
ω =VN/Re=VCosC/Re
W
ω Φ =VE/ReCos ϕ 相对于ω 很小 很小， （ ω Φ相对于ω e很小， 可忽略不计。） 可忽略不计。）
ω w对主轴的影响 ωe VN 2 ω 1
ω 使水平面北端 不断下沉， 不断下沉，而主轴 指北端由于定轴性， 指北端由于定轴性， 故产生了相对水平 面不断上升的视运 动线速度。 动线速度。
W
V3=H ω
W
W
=H VCosC/Re
第二章 陀螺罗经误差及其消除
第二节 速 度 误 差(speed error)
•V3打破了原有的平衡， 打破了原有的平衡， 打破了原有的平衡 迫使主轴必须偏向子午 面的西侧， 面的西侧，利用西降的 视运动（ ） 抵消。 视运动（V1）与V3抵消。 抵消 （E） ）
根据V3=V1有： 有 根据 H V CosC/Re = H ω 1 arv 则：arv=VCosC/Re ω eCos ϕ E u2 r V 1 V3 V2 u2 r V3 V2 W
V cos C αrv = Reωe cosϕ
arv
1。北纬东偏，南纬西偏； 。北纬东偏，南纬西偏；
V1
2。东升西降，全球一样。 。东升西降，全球一样。
ωe ω2
S E PN 水平面 W Ψ A ω1 N
ωe
Ψ
赤道
PS
变自由陀螺仪为陀螺经的方法 •
要使自由陀螺仪主轴在地球上能指示固定的地理方 向，旧必须设法抵消因地球自转而产生的视运动的影 响，使主轴能够找北，并稳定在子午面内。因此利用 作用于陀螺仪上控制力矩所引起的主轴进动，即产生 与地球自转角速度其垂直分量ω2相同的角速度，则主 轴子午面同步（如图A）。通常有两种获得力矩的方法 有：直接控制法和间接控制法。若让陀螺仪的重心与 支架点在垂直方向上不重合，则一旦主轴偏离子午面， 必然也要偏离水平面，这时地球的重力将直接起作用 而获得控制力矩，这种控制力矩称重力，该方法称直 接控制法。由专门的电磁摆来敏感主轴相对于水平面 的倾角，并因此而产生相应的电磁摆信号去控制陀螺 仪上的力矩器，从而产生控制力矩，称其为电磁控制 力矩，该方法称间接控制力矩。

第五章阿玛-勃朗系列

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2.随动部分：
•贮液缸 •倾斜平衡环 •倾斜齿轮 •倾斜随动电机
•方位平衡环 •方位齿轮 •方位随动电机 •方位刻度盘
返回
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3.固定部分：
由罗经底座、罗经箱、和罗经底 座的附属部件组成。（见教材）
刻度盘
罗经箱
罗经底座 罗经底座附件
贮液缸 返回
第二节 阿玛勃朗型罗经主罗经结构
灵敏部分 随动部分 固定部分
第三节 电路系统
一、电源系统：
•作用：将船电变换成26V400HZ的 陀螺三相电及50V直流电源。 •组成：变流机、0型罗经有方位和倾斜两套随动系 统，可以在方位和高度上同时跟踪陀螺球。
步进接收器 （分罗经）
1.灵敏部分：
•陀螺球 •浮动平衡环 •水平扭丝及垂直扭丝
1.灵敏部分：
•陀螺球 •浮动平衡环 •水平扭丝及垂直扭丝
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陀 螺 球 结 构 图
•陀螺球的支撑 （氟油液浮和金属扭丝组合支撑）
•金属扭丝的作用：
➢无摩擦支撑，构成水 平轴和垂直轴。
➢固定陀螺球的中心。
➢水平扭丝产生水平轴 （控制和校正）力矩； 垂直轴扭丝产生垂直轴 （阻尼和校正）力矩。
摆
倾斜放大器
信
号
方位放大器
看结构图
倾斜 电机
水平扭丝 受扭
水平轴控 制力矩
方位 电机
垂直扭丝 受扭
垂直轴阻 尼力矩
Ｍ
v1
贮液缸南北轴 陀螺球主轴
Ｍ‘
v1 u2
v2
v2 u3
四、传向系统： （直流步进式）
•组成：步进发送器、开关电路和步进接收器。
齿轮传动
方位 随动电机
步进 发送器
开关电路

阿玛-勃朗陀螺罗经



3.4
罗经结构
灵敏部分
随动部分 固定部分
（1）灵敏部分
灵敏部分由陀螺球，浮动平衡环，水平扭丝及 垂直扭丝组成。
金属扭丝
1.水平扭丝 （1）可看作无磨擦的轴承支承，构成陀螺球的水平轴； （2）用来在浮动平衡环内定陀螺球的中心位置；
（3）受扭产生控制力距——水平轴力矩MY。
2.垂直扭丝 （1）可看作无磨擦的轴承支承，构成陀螺球的垂直轴；
谢谢观赏
（5）将纬度误差校正旋钮置于船舶航行纬度上（与船舶 所在纬度相差不超过5° （6）根据需要转动照明灯旋钮，调节主罗经方位刻度盘
（7）检查所有的复示仪器，如需要可重新匹配校准。
结论
电磁控制式罗经利用电磁摆和水平力矩器，垂直力 矩器所组成的电磁控制装置，将罗经主轴引向其稳定位 置。其主要的优点为： （1）结构参数的选择可根据需要予以改变； （2）在消除ω2的影响、补偿和削减有害力矩的干扰 均可用电路实现。电磁控制式罗经是一类较为先进的航 海导航设备，随着科学技术的发展，它衍伸出了多种型 号，它们更适应现代航海要求，在海上应用更为广泛， 通过本次论文的研究，让我们队电磁控制式罗经有了更 加深入的了解，也让我们越发清晰地认识到我们将来要 面对的工作环境，使我们获益匪浅。
（2）用来对陀螺球与浮动平衡环在贮液缸内定中心位置；
（3）受扭产生阻尼力距MZ，起垂直轴力矩器作用。
陀 螺 球 结 构 图
（2）随动部分：
•贮液缸
•倾斜平衡环 •倾斜齿轮
•倾斜随动电机 •方位平衡环 •方位齿轮
•方位随动电机 •方位刻度盘
（3）固定部分
由罗经底座、罗经箱、和罗经底 座的附属部件组成。（见教材）
刻度盘 罗经箱
罗经底座
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§5-1 概述
l 一、阿玛勃朗型陀螺罗经属于电磁控制式罗经，
是陀螺罗经三大系列产品之一。
l l l l l
l
1．由美国阿玛公司和英国勃朗公司联合研制的。 1 最初为陆用车辆设计，改进被应用于船舶。 2．早期有两种： 2
热形——工作的情况下，支承液体呈液态； —— l 不工作的情况下，支承液体呈固态。 l 冷形——支承液体呈液态。 后来均改进为冷形。 ——
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整套阿玛 勃朗MK10 型陀螺罗 经的组成 图
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§5-2 主罗经结构
l一、灵敏部分
l 灵敏部分由陀螺球、浮动平衡环及垂直
金属扭丝等组成。
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l 1）船电开关位于断的(OFF)位置 l 2）开关接线箱上的电源开关和分罗经开关
位于断的(OFF)位置 l 3）主罗经控制面板上的电源开关和照明旋 钮位于断的(OFF)位置 l 4）主罗经控制面板上的照明旋钮位于断的 (OFF)位置 l 5）旋转速率(SLEW RATE)的指针标记位于 垂直向上的位置
l 3．只能工作在陀螺罗经状态。 l 3 l
（无双态工作方式）
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三、阿玛-勃朗10型陀螺罗经 的主要技术性能
l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l
1．直航指向精度为±0.75° 1 0.75 2．大风浪天气航行，指向精度≤±2° 2 3．适用航速0~60节 3 0~60 4．适用纬度80°N～80°S 4 80 5．稳定时间≤6h。 5 由偏北10°至稳定±0.5°内，只需40分钟 10 0 6．船电要求：380V 50HZ 3φ或440V 60HZ 3φ 6 380 V 50HZ 3 440 V 60HZ 3 7．陀螺马达：26V 400HZ 3φ 转速12000转/分 7 26 V 400HZ 3 寿命40000h 8．工作温度：0~+55° 8 0~+55 9．可带动20个分罗经。为直流步进式分罗经。 9 20
l一、步进发送器
无接触式发送器。 发送器与方位齿 轮传动比为： 轮传动比为： 90：1 90 信号绕组有6组， 6 相邻间隔30º。 30 º
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§5-5 传向系统
l 二、控制电路 l 三、步进式分罗经
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3．快速启动过程
l 5）等十分钟后进行下列工作 l 6）调整纬度旋纽,使其位于与船舶所在的纬
度同名位置 l 7）调整速度旋钮,使其与船舶航速相同 l 8）调整主罗经航向刻度盘的读数,使其接近 船舶的真航向 l 9）利用倾斜按钮,旋转速率校正储液缸的水 平 l 10）调节主罗经的照明至适当亮度
的三相交流电和50V的直流电。 50 V
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§5-4 随动系统
l一、组成
由两套彼此独立的随动系统组成。即： l 倾斜随动系统： l 保证贮液缸在高度上(q)，跟踪陀螺球； l 方位随动系统： l 保证贮液缸在方位上(a)，跟踪陀螺球。 l 系统由信号测量装置、电磁摆、放大器、随动 电机等组成。
第五节 阿玛-勃朗型陀螺罗经 （电控罗经）
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主要内容：
l §5-1 l §5-2 l §5-3 l §5-4 l §5-5 l §5-6 l §5-7
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概述 主罗经结构 电源系统 随动系统 传向系统 附属电路 使用与保养
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l
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1． 8 字形敏感线圈 ．“ ” 形敏感线圈 “8”字
l 线圈在水平和垂直方向对称分布。 l 工作原理图：
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2．电磁摆
l 产生电磁摆信号， l 用以产生控制力矩和阻尼力矩。 l 安装在贮液缸顶部
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电源开关
分罗经开关
开关接线箱
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3．快速启动过程
l 1）接通船电开关 l 2）接通开关接线箱上的电源开关,
变流机工作 l 3）使分罗经航向与主罗经航向一致, 接通分罗经开关 l 4）接通主罗经控制面板上的电源开 关,指示灯亮
l
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（2）垂直扭丝
l
l
(0.175mm铍青铜丝)
1）可看作无磨擦的轴承支承，构 1 成陀螺球的垂直轴； l 2）用来对陀螺球与浮动平衡环在 l 2 贮液缸内定中心位置； l 3）受扭产生阻尼力矩Mz，起垂直 l 3 Mz 轴力矩器作用。
1．主要部件的作用
1）方位(AZIMUTH)按钮 l 与旋转速率旋钮一起调整主罗经航向刻 度盘的读数尽可能接近船舶航向; l 2）倾斜(TILT)按钮 l 与旋转速率旋钮一起校正贮液缸的水平。
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方位按钮 倾斜按钮
旋转速率 纬度旋钮
速度旋钮 照明开关
偏东一侧； l 水平时，无摆信号 输出； l 倾斜时，摆锤偏移， 有摆信号输出。
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二、随动系统框图
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三、多路控制信号
l 1．加在倾斜放大器上的信号 l （1）倾斜随动信号 l （2）摆信号产生水平轴力矩（控制力矩） l （3）旋转速率（快速起动消除高度角） l （4）纬度误差补偿信号 l （5）温度补偿信号
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4．关闭罗经
l 1）将主罗经控制面板上的电源开关置于
断的(OFF)位置 l 2）将开关接线箱上的电源开关和分罗经 开关置于断的(OFF)位置 l 3）将船电开关置于断的(OFF)位置
l二、保养
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l
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二、阿玛勃朗10型陀螺罗经
l 2．采用新型电路： l 2 l ①摆信号控制电路 l ②压降保护电路： l
l
随动系统根据陀螺马达的转速自动投入和切断。 当马达转速正常，随动系统工作，当转速降至某 一数值时，随动系统自动切断，保护罗经。
l位于陀螺球壳南北两端， l沿陀螺马达转轴方向上， l分别对准贮液缸上的陀螺球位
置敏感“8”字线圈， “ ” 8 l构成随动系统的测量元件。
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二、随动部分
l 1.贮液缸的支承 l 1. l 倾斜平衡环 l 方位平衡环 l 航向刻度盘 l 2.贮液缸上安装 l 2.
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2.加在方位放大器上的信号
l （1）方位随动信号 l （2）摆信号产生垂直轴力矩
（阻尼力矩） l （3）旋转速率（快速起动消除 方位角） l （4）速度误差补偿信号
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§5-5 传向系统
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的部件： l 电磁摆 l “8”字线圈 l “ ” 8
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三、固定部分
用以支承灵敏部分和随动部分， 包括： 罗经顶盖 罗经底座 固定在底座上 的各部件等。
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§5-3 电源系统
l 电源系统由变流机、变压器和开关等组成。 l 作用：将船电变换成罗经所需要的26V400Hz 26
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4．贮液缸
l 为密封的容器，呈球形； l 缸内充满高比重的氟油(氟碳润滑剂)， l 使扭丝不受力，陀螺球呈中性悬浮， l 即三心一致： l 重心、浮心和几何中心一致。
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5．电磁铁
l l
l
3．一般电控罗经呈双态，故称为双态罗经： 3
陀螺罗经状态： l 恒向恒速航行时，工作于陀螺罗经状态； l 方位陀螺仪状态： l 快速起动，机动航行，在高纬度航行时，工作于方位陀螺仪状态。
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二、阿玛勃朗10型陀螺罗经
1970年研制，1971年定型，1972年成 1970 1971 1972 批生产。 l 是在原有冷型基础上做了一些技术改 进，现在改称勃朗1000型罗经。 1000 l 1．采用自动启动方式，罗经从其动到 l 1 稳定运行，只需一次操作主罗经上的电 源开关。 l （启动使用方便，接通电源就可用）
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陀 螺 球
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2．陀螺球的支承
l 采用液浮
和金属扭 丝组合支 承。 l 用浮动平 衡环作框 架支承。
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