[科普中國(guó)]-陀螺磁羅盤(pán)

陀螺磁羅盤(pán)是指一種把磁羅盤(pán)與二自由度陀螺儀組合在一起指示磁航向的儀表。陀螺磁羅盤(pán)是飛行器上廣泛應(yīng)用的一種儀表。1

簡(jiǎn)述地磁北南極是根據(jù)地殼體鐵磁物質(zhì)的分布確定的，而地理北南極是根據(jù)地球自轉(zhuǎn)軸確定的，它們之間不一致，存在一個(gè)磁偏角。在地球上某個(gè)地點(diǎn)的磁子午線是一條指向地磁北的方向線，磁羅盤(pán)的磁針指向是這條磁子午線，因此用磁羅盤(pán)可建立磁航向基準(zhǔn)。中國(guó)在公元前2000多年就發(fā)明了指南針，它是磁羅盤(pán)早期雛形。利用磁針定向原理做成的儀表叫永磁式磁羅盤(pán)，它是飛機(jī)上最早應(yīng)用的航向儀表。單純的永磁式磁羅盤(pán)因晃動(dòng)不穩(wěn)定，在飛機(jī)加速飛行、轉(zhuǎn)彎或機(jī)動(dòng)飛行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大的測(cè)量誤差，已被淘汰。

陀螺磁羅盤(pán)把磁羅盤(pán)和二自由度陀螺儀組合起來(lái)，由磁傳感器（主要是磁羅盤(pán)）、航向向在磁子午線方向的特點(diǎn)，二自由度航向陀螺具有良好的指向穩(wěn)定性，但它不具備自動(dòng)尋磁子午線的能力。陀螺磁羅盤(pán)利用了它們各自的特點(diǎn)，并使圖中的陀螺機(jī)構(gòu)即二自由度航向陀螺儀的航向指向受磁傳感器控制，建立磁航向基準(zhǔn)。當(dāng)飛機(jī)飛行方向改變時(shí)為駕駛員提供磁航向角指示，又能指示飛機(jī)轉(zhuǎn)彎角度。除永磁式磁羅盤(pán)外，感受地磁場(chǎng)的還有地磁感應(yīng)元件，做成感應(yīng)式磁傳感器。飛機(jī)上的陀螺磁羅盤(pán)主要采用感應(yīng)式磁傳感器，因而也稱感應(yīng)式陀螺磁羅盤(pán)。1

結(jié)構(gòu)陀螺磁羅盤(pán)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但從結(jié)構(gòu)上講主要由以下幾部分組成。

(1)磁傳感器：陀螺磁羅盤(pán)的地磁敏感部分，用來(lái)測(cè)量飛機(jī)的磁航向，并輸出磁航向信號(hào)。磁傳感器有兩種，一種是永磁式，一種是感應(yīng)式。永磁式是利用磁棒來(lái)感應(yīng)地磁，測(cè)量精度較低且體積較大；感應(yīng)式則利用地磁感應(yīng)元件來(lái)感測(cè)地磁，應(yīng)用較多。磁傳感器一般安裝在飛機(jī)翼尖等飛機(jī)磁場(chǎng)影響較小的地方。

(2)陀螺機(jī)構(gòu)：陀螺機(jī)構(gòu)用來(lái)穩(wěn)定磁傳感器測(cè)出的磁航向信號(hào)。陀螺機(jī)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)陀螺半羅盤(pán)（航向陀螺儀），它受磁傳感器控制，同時(shí)磁傳感器又通過(guò)它輸出穩(wěn)定的航向信號(hào)給航向指示器。

(3)航向指示器：用來(lái)指示磁航向和轉(zhuǎn)彎角度?，F(xiàn)代飛機(jī)多采用綜合指示器，不僅能指示磁航向，還可以指示無(wú)線電方位角等。

(4)放大器：用來(lái)放大陀螺磁羅盤(pán)中的電信號(hào)，以控制伺服同步裝置。

原理磁傳感器包括地磁感應(yīng)元件和電位器。地磁感應(yīng)元件用來(lái)測(cè)量磁航向，磁電位器則用來(lái)復(fù)現(xiàn)磁航向信息。磁電位器由環(huán)形電阻和一對(duì)電刷組成。環(huán)形電阻上有三個(gè)互隔120°的固定抽頭，分別與指示器和陀螺電位器的三個(gè)電刷連接，磁電位器的磁航向由電阻與電刷之間的相對(duì)位置確定。陀螺機(jī)構(gòu)為一航向陀螺儀，其外環(huán)軸上固定一個(gè)環(huán)形電阻，該環(huán)形電阻與三個(gè)電刷組成陀螺電位器，環(huán)形電阻直徑兩端處接有電源。陀螺電位器的三個(gè)抽頭與磁傳感器中環(huán)形電阻相隔120°的三個(gè)固定抽頭相連接，組成一個(gè)伺服同步裝置。當(dāng)磁電位器所反映的磁航向角與陀螺電位器反映的航向基準(zhǔn)不一致，出現(xiàn)失調(diào)角，即產(chǎn)生失調(diào)電壓時(shí)，磁電位器的一對(duì)電刷a與b端就會(huì)輸出失調(diào)電壓，該失調(diào)電壓經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動(dòng)協(xié)調(diào)電機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)陀螺電位器上的電刷轉(zhuǎn)動(dòng)，直至失調(diào)電壓為零。這意味著陀螺電位器的航向基準(zhǔn)與磁電位器的磁航向同步。陀螺電位器還與指示器組成一個(gè)伺服同步裝置。指示器中有伺服電動(dòng)機(jī)、減速器、伺服電位器。陀螺電位器在建立磁航向的過(guò)程中，通過(guò)伺服同步裝置的工作，將磁航向信號(hào)傳遞給指示器。指示器的伺服電動(dòng)機(jī)工作，通過(guò)減速器轉(zhuǎn)動(dòng)航向刻度盤(pán)，將磁航向基準(zhǔn)在刻度盤(pán)上反映出來(lái)。此時(shí)刻度盤(pán)上的航向基準(zhǔn)線（即0～180°線）與指示器上代表飛機(jī)縱軸的指標(biāo)的夾角，即為該羅盤(pán)所測(cè)飛機(jī)的磁航向。羅盤(pán)指示的航向取決于陀螺機(jī)構(gòu)的陀螺電位器所確定的航向。通常指示器上有磁差修正的機(jī)械調(diào)整裝置，將磁差修正值加到磁航向中，指示器則指示真航向。

陀螺磁羅盤(pán)既能測(cè)量飛機(jī)航向，又可比較準(zhǔn)確地指示出飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎角速度。平飛時(shí)，利用磁傳感器測(cè)量飛機(jī)的磁航向，然后通過(guò)陀螺機(jī)構(gòu)控制指示器的指針，使它指示出飛機(jī)的磁航向。飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)，為防止磁傳感器對(duì)磁航向的錯(cuò)誤修正，監(jiān)視飛機(jī)的偏航速率，經(jīng)角速度傳感器切除修正信號(hào)，使飛機(jī)在改變航向時(shí)，航向基準(zhǔn)完全由航向陀螺儀來(lái)穩(wěn)定，指示出飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎角度。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李勇 - 副教授 - 西南大學(xué)