測量飛機航向的儀表指導張偉瑞課件

指導教師：張偉瑞測量飛機航向的儀表

主要內(nèi)容

磁羅盤一陀螺半羅盤二陀螺磁羅盤三引言航向表示飛機的飛行方向，測量航向的儀表叫做航空羅盤(簡稱羅盤)。羅盤是飛機上重要的駕駛領航儀表之一。小型飛機常用磁羅盤、陀螺半羅盤和陀螺磁羅盤(或羅盤系統(tǒng))；大、中型飛機則采用磁羅盤和羅盤系統(tǒng)(或直接采用慣性基準系統(tǒng)測量航向)。航向指示器(陀螺磁羅盤)磁羅盤

磁羅盤(MagnelicCompass)是通過感受地球磁場，從而測量飛機航向的儀表。由于它結(jié)構(gòu)簡單、可靠，飛機上都安裝了磁羅盤。國際上規(guī)定零度經(jīng)線就是穿過英國格林尼治天文臺舊址的經(jīng)線.又稱本初子午線.0度緯線就是赤道(0,0)指0經(jīng)度和0緯度的交點,大致位于非洲西部的幾內(nèi)亞灣。一.地磁與航向1.地磁

北磁極實際上具有磁南極(S極)的磁性；南磁極實際上具有磁北極(N極)的磁性。地球磁場的強度在赤道附近最弱，在地磁極附近最強。1）地球磁場2）磁傾地磁強度與水平面的夾角叫做磁傾角，簡稱磁傾θ。地球磁場的磁力線收斂于南北極，所以地球磁場強度的方向與水平不平行。一般說來，越靠近地磁極，磁傾越大，即磁緯度越高。磁針在地磁水平分量作用下，指示出磁經(jīng)線方向；地磁垂直分量使磁針傾斜。3）磁差由于地磁極與地理極不重合，磁經(jīng)線與真經(jīng)線也不重合。磁差的特點：

磁暴：地球磁場在全球范圍內(nèi)突然發(fā)生急劇而不規(guī)則的擾動，叫做磁暴，它與太陽黑子活動有關。2.航向飛機的航向是指飛機縱軸與經(jīng)線在水平面上的夾角（HDG-Heading）。航向都是以經(jīng)線北端為起點順時針方向計算的。根據(jù)所取經(jīng)線的不同，航向可分為真航向、磁航向和羅航向。

航向在0°-360°之間變化，0°航向一般用360°描述。

飛機右轉(zhuǎn)：航向增大

飛機左轉(zhuǎn)：航向減小真航向（TH-TrueHeading）：真經(jīng)線與飛機縱軸在水平面上的夾角，叫做真航向。正航向的0°、90°、180°和270°就是正北、正東、正南和正西方向，可分別用英文字母N、E、S、W或俄文字母с、В、ю、з來表示。磁航向（MH-MagneticHeading）：磁經(jīng)線與飛機縱軸在水平面上的夾角，叫做磁航向。因為磁經(jīng)線與真經(jīng)線相差一個磁差，所以真航向與磁航向的關系為：真航向=磁航向+(±磁差)各種航向及關系飛機上的鋼鐵物質(zhì)和工作著的用電設備所形成的磁場叫做飛機磁場。

飛機磁場由硬鐵磁場和軟鐵磁場兩部分組成。3.羅航向硬鐵磁場由矯頑磁力較大的鐵磁物質(zhì)(發(fā)動機軸、電機軸等)和用電設備產(chǎn)生。它的特點是:大小和相對于飛機的方向一般是不變的。軟鐵磁場出矯頑磁力較小的鐵磁物質(zhì)(軟鐵)受地磁場的磁化而產(chǎn)生。它的特點是:大小和相對飛機的方向都隨著航向的改變而改變。軟鐵受硬鐵磁場的磁化而產(chǎn)生的磁場，其性質(zhì)與硬鐵磁場相同，可以認為是硬鐵磁場的一部分。每架飛機的磁場是不同的。圖所示的飛機磁場方向指向飛機右前下方，飛機磁場水平分量與地磁水平分量的合成磁場方向線叫做羅經(jīng)線，放在飛機上的磁針將指向羅經(jīng)線方向。各種航向及關系羅航向（CH-CompassHeading）：羅經(jīng)線與飛機縱軸在水平面上的夾角，叫做羅航向。磁航向與羅航向的關系為：磁航向=羅航向+(±羅差)二.磁羅盤

由于經(jīng)過羅差修正后，剩余羅差并不大，因此有的文獻稱之為測量磁航向。磁羅盤：用來測量飛機的羅航向。1.基本原理磁羅盤的基本原理是利用自由旋轉(zhuǎn)的磁條跟蹤羅經(jīng)線的特性來指示飛機的羅航向。磁羅盤的敏感元件是在水平面內(nèi)可以自由旋轉(zhuǎn)的磁條。在磁條上固定環(huán)形刻度盤，0°-180°刻度線與磁條方向一致。航向標線固定在表殼上，代表飛機縱軸。飛機航向改變后，磁條始終穩(wěn)定在羅經(jīng)線方向，表殼隨飛機一起轉(zhuǎn)動。因此航向標線在刻度盤上所指的角度，就是飛機縱軸與羅經(jīng)線在水平面上的夾角，即羅航向。2.基本結(jié)構(gòu)羅牌是羅盤的敏感部分，它由磁條、軸尖、浮子、刻度環(huán)等組成。整個羅牌可在支柱的軸承上自由轉(zhuǎn)動，保證0°-180°刻度線始終與羅經(jīng)線方向一致。為了減小磁傾的影響，使敏感部分保持水平，羅牌的重心通常偏在支點的南面(在北半球飛行時，可以抵消磁傾的作用),并且還偏在支點的下面或上面。羅盤油可以增加羅牌的運動阻尼和減小羅牌對軸承的壓力，從而減小羅牌的擺動和摩擦。羅差修正器用來抵消飛機磁場的影響，從而減小羅差。它有兩對小磁鐵，一對可沿飛機縱軸方向產(chǎn)生附加磁場，抵消沿縱軸方向的飛機磁場對羅牌的影響，它們的相對位置可由E-W旋柄來改變；另一對可沿飛機的橫軸方向產(chǎn)生附加磁場，抵消沿橫軸方向的飛機磁場對羅盤的影響，它們的相對位置可由N-S旋柄來改變。當兩個小磁鐵平行時(a)，磁力線作用的空間范圍最小，消除羅差的能力也最??；當兩個小磁鐵成一直線時(c)，磁力線作用的空間范圍最大，消除羅差的能力也最大；兩個小磁鐵處于其他相對位置時(b)，消除羅差的能力介于上述兩者之間。因此，只要適當轉(zhuǎn)動旋柄，改變兩個磁鐵的方向和相對位置，就可以在一定范圍內(nèi)消除不同符號、不同大小的羅差。abc3.磁羅盤的誤差磁羅盤為了便于使用，一般安裝在駕駛艙風擋玻璃的上部。而駕駛艙則是飛機用電設備高度集中的地方。由于電流磁場和飛機其他鋼鐵物質(zhì)的影響，羅差較大，所以磁羅盤需要定期校正。1）羅差

校羅盤后制成剩余羅差曲線卡片，放在駕駛艙，供計算磁航向用。2）飛行誤差

飛機在俯仰、傾斜、盤旋、加速或減速時;飛機磁場和地球磁場的垂直分量將對磁羅盤產(chǎn)生影響，使指示出現(xiàn)誤差，這些誤差統(tǒng)稱為飛行誤差。在飛機平飛后，這些誤差會自行消除。A.俯仰、傾斜誤差俯仰、傾斜誤差是飛機俯仰、傾斜時，飛機磁場垂直分量引起的誤差。飛機俯仰或傾斜時，磁羅盤敏感部分仍保持水平，而飛機硬鐵磁場的垂直分量R則隨飛機一起俯仰或傾斜，如圖所示。這時，R在敏感部分的平面上產(chǎn)生一個分量R1，如果該分量的方向與地磁水平分量H的方向不一致，二者的合成磁場將偏離磁經(jīng)線，使羅盤產(chǎn)生誤差，這就是俯仰、傾斜誤差。當飛機改平后，誤差自行消失。俯仰、傾斜誤差修正措施：平飛時判讀，將羅盤或磁傳感器安裝在飛機磁場較弱的地方。B.加速度誤差由于磁羅盤羅牌的重心通常偏在支點的南面和下面，飛有縱向加速度時，就有慣性力作用于羅牌的重心，產(chǎn)生慣性力矩。它使羅牌在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，同時又使羅牌偏離水平面。前者直接產(chǎn)生指示誤差，后者又由于地磁和飛機磁場垂直分量作用于羅牌平面而產(chǎn)生誤差。飛機在東西磁航向上加速度誤差最大，在南北磁航向上加速度誤差最小。為了避免加速度誤差，應在飛機勻速飛行時判讀航向。C.渦動誤差D.轉(zhuǎn)彎誤差：轉(zhuǎn)彎誤差是飛機轉(zhuǎn)彎時，地磁垂直分量所引起的一種誤差。由于轉(zhuǎn)彎時需要知道航向，因此它對駕駛飛機的影響最大。轉(zhuǎn)彎誤差產(chǎn)生原因：飛機轉(zhuǎn)彎時，作用于羅牌重心上的慣性離心力和重力的合力將使羅牌與飛機同方向傾斜，如圖所示。羅牌傾斜后，地磁垂直分量在羅牌平面上便有一個分量，如果該分量與地磁水平分量的方向不一致，兩者的合成磁場將偏離磁經(jīng)線方向，使羅盤產(chǎn)生誤差。在0°磁航向附近的誤差：在北半球，飛機由0°磁航向向西轉(zhuǎn)彎時，飛機向左傾斜，羅牌也向左傾斜，地磁垂直分量在羅牌平面上的分量Z’指向飛機左方。Z’和地磁水平分量H的合成磁場指向飛機左前方，偏離了磁經(jīng)線方向。羅牌將向左轉(zhuǎn)動，停在合成磁場方向上。由于羅牌轉(zhuǎn)動方向和飛機轉(zhuǎn)彎方向相同，兩者的相對轉(zhuǎn)角減小，因此在轉(zhuǎn)彎過程中，羅盤指示的轉(zhuǎn)彎角度小于飛機實際的轉(zhuǎn)彎角度，如圖所示。例如，飛機原航向是0°，現(xiàn)左轉(zhuǎn)30°，改航330°。當飛行員操縱飛機左轉(zhuǎn)彎，羅牌出現(xiàn)左傾斜時，合成磁場指向飛機左前方，使羅牌向左旋轉(zhuǎn)停在合成磁場方向。如果羅牌轉(zhuǎn)動30°，開始轉(zhuǎn)彎時飛行員看見羅盤的指示不是零，而是30°。當飛機轉(zhuǎn)彎30°，飛行員看見的指示才是零。飛機轉(zhuǎn)彎60°后，飛行員看見的指示才是330°。這樣，指示的轉(zhuǎn)彎角度（30°）小于實際的轉(zhuǎn)彎角度（60°）。同理，飛機由0°磁航向向東轉(zhuǎn)彎，羅盤指示的轉(zhuǎn)彎角度也小于飛機實際的將彎角度。飛機轉(zhuǎn)彎時的傾斜角越大，地球磁場垂直分量的影響也越大，轉(zhuǎn)彎時的誤差就越大。在180°磁航向附近的誤差：飛機由180°磁航向向西轉(zhuǎn)彎時，分量Z’指向飛機右方。羅牌轉(zhuǎn)動方向和飛機轉(zhuǎn)彎方向相反，羅盤指示的轉(zhuǎn)彎角度大于飛機實際的轉(zhuǎn)彎角度，如圖所示。同理，飛機由180°磁航向向東轉(zhuǎn)彎時，羅盤指示的轉(zhuǎn)彎角度也大于飛機實際的轉(zhuǎn)彎角度。在90°和270°磁航向上的誤差：飛機在90°或270°磁航向上向南轉(zhuǎn)彎時，羅牌隨飛機傾斜，地磁水平分量H可沿羅牌平面產(chǎn)生分量H’，地磁垂直分量Z也可沿羅牌平面產(chǎn)生分量Z’。分量H’與Z’方向相反，它們的大小均與飛機的傾斜角有關。由90°或270°磁航向向南轉(zhuǎn)彎時的轉(zhuǎn)彎誤差1).當H’=Z’時，飛機的傾斜角是一個特殊的傾斜角，叫做臨界傾斜角，這時羅牌失去定向能力，可以停在任意方向，羅盤可以指示任意角度(a)；2).當飛機傾斜角小于臨界傾斜角時，H’>Z’，沒有誤差(b)；3).當飛機傾斜角大于臨界傾斜角時，H’<Z’，羅盤轉(zhuǎn)動180°，出現(xiàn)