7.3. Бесплатформенная инерциальная навигационная система и42-1с (бинс)
Эта навигационная система устанавливается на самолетах Ту-204 и Ил-96-300 и является основной системой в комплексе пилотажно-навигационного оборудования самолета.
Комплекты БИНС (их устанавливается на самолете обычно три) являются основными датчиками пилотажно-навигационных параметров и параметров пространственного положения самолета. В отличие от инерциальной системы И-11 акселерометры и гироскопы не устанавливаются на стабилизированной платформе, а крепятся непосредственно к самолету. В качестве гироскопов используются лазерные гироскопы.
Лазерным гироскопом называется устройство, в качестве чувствительного элемента в котором обычно применяется кольцевой оптический лазер, способный измерять весьма малые угловые скорости и углы (единицы угловых секунд) вокруг оси чувствительности. Основным элементом кольцевого лазер является треугольный или четырехугольный оптический резонатор, в одной или нескольких сторонах которого помещена активная среда (рис. 7.6).
Рис. 7.6. Принципиальная схема кольцевого лазера:
1 – отражающие элементы; 2 – активная среда
Активной средой,
как правило, служит гелий–неоновая
смесь, в которой может возбуждаться
газовый разряд. По углам резонатора
помещены отражающие оптические элементы.
Если длина периметра контура
кратна длине световой волны
,
то в генераторе возникает генерация.
Для того, чтобы генерация возникла на
нужной длине волны, соответственно
выбираются диэлектрическое покрытие
зеркал и значение тока газового разряда.
Резонатор устроен таким образом, что
один луч как бы движется против часовой
стрелки, а другой – по часовой.
Если кольцевой
оптический лазер поворачивается в
пространстве с некоторой угловой
скоростью
,
то оптические пути встречных волн будут
не одинаковы. При этом появятся разные
частоты генерации и, как следствие
этого, некоторая разностная частота
,
пропорциональная скорости поворота
лазера,
, (7.9)
где
– площадь, охватываемая контуром, по
которому следует луч.
Если на выходе
лазера сформировать импульсы, частота
следования которых пропорциональна
разностной частоте
,
и суммировать эти частоты на счетчике,
то показания счетчика будут пропорциональны
углу поворота лазера вокруг оси
чувствительности
, (7.10)
где
– угол поворота лазера.
Из выражения (7.10)
следует, что наколенное на выходе лазера
число
импульсов пропорционально углу поворота
лазера вокруг оси чувствительности
независимо от того, по какому закону
измерялась угловая скорость в процессе
разворота на данный угол. Таким образом,
с помощью такого устройства и вычислителя
можно математически моделировать
пространственную память, т.е. осуществлять
функцию гироскопа и измерять углы крена,
тангажа и курса ЛА.
В И42-1С лазерные гироскопы и акселерометры жестко связаны с самолетом, и их оси ориентированы вдоль строительных осей самолета. В этом случае акселерометры измеряют вектор кажущегося ускорения
, (7.11)
где
– вектор абсолютного ускорения;
– вектор интенсивности гравитационного
поля.
По информации от
лазерных гироскопов и акселерометров
в вычислителе моделируется некоторый
трехгранник
,
по которому пересчитываются ускорения,
измеренные акселерометрами. Затем в
вычислителе происходит обработка
информации в соответствии с алгоритмами
системы и включенного режима работы
системы. Система имеет режимы: «Выключено»,
«Выставка», «Навигация», «Курсовертикаль»,
«Контроль». Назначение режимов и
вычисляемые параметры аналогичны
платформенной системе И-11.
В БИНС такие параметры, как крен и тангаж самолета, получаются расчетным путем, а не снимаются с осей гиростабилизированной платформы, как в И-11.
Бесплатформенные инерциальные системы имеют меньшие габаритные размеры, чем платформенные, обладают повышенной надежностью. Вследствие большей точности лазерных гироскопов они обладают большей точностью определения основных навигационных параметров. Точность определения местоположения самолета системой не ниже 3,7 км за 1 час полета.
Контрольные вопросы:
1. Приведите особенности, достоинства и недостатки инерциальных навигационных систем.
2. В чем заключаются принципы определения текущих координат, скорости ЛА и построения вертикали в ИНС?
3. Дайте краткую характеристику основных типов инерциальных систем.
4. Опишите функции, принцип действия, устройство и режимы работы инерциальной системы типа И-11.
5. Опишите устройство и принцип действия бесплатформенной ИНС И42-1С и входящего в ее состав лазерного гироскопа.