Роль гироскопических приборов в самолетовождении.

При полете самолета необходимо иметь точные данные о географических координатах тех пунктов земной поверхности, над которыми он в данный момент времени пролетает. Только при этом условии можно совершить полет по заранее заданному маршруту. На заре авиации, когда полеты самолетов производились только в хорошую, так называемую лётную погоду выполнение указанных условий не вызывало затруднений.

Так, например, если самолет должен был совершить перелет по маршруту, включающему в себя пункты А, В, С и D ( рис.13), то летчик вначале выбирал направление на поселок А, затем на хутор В, после чего вел самолет вдоль реки до моста С, через нее, и дальше выдерживал направление полета вдоль железнодорожного полотна вплоть до достижения пункта D. Благодаря хорошей видимости летчики легко ориентировались по лежащей под ними местности, а, используя линию естественного горизонта, могли выдерживать полет в горизонтальной плоскости.

Однако с развитием авиации, увеличением дальности, скорости и высоты полетов уже нельзя было рассчитывать на выполнение перелетов только при лётной погоде. Действительно, при больших дальностях беспосадочных перелетов нельзя предполагать, что на всей трассе будет стоять ясная погода. На своем пути самолет может попасть в облачность, туман, дождь и другие условия, при которых земная поверхность окажется скрытой от наблюдений.

Характерная черта современной авиации - совершение полетов при отсутствии видимости земной поверхности. Пассажирские и почтовые самолеты должны совершать регулярные рейсы в любое время дня и ночи, при любой погоде, так как в противном случае, при выжидании лётной погоды будет теряться одно из основных преимуществ воздушного сообщения - скорость. Более того, полет сопровождается подчас отсутствием видимости и небесных светил. В таком случае летчик ведет машину "вслепую".

Для выполнения слепого полета по заранее намеченному маршруту самолет должен быть оборудован приборами, которые в течение всего времени указывали бы направление линии север-юг, называемой обычно полуденной и истинной вертикали. На первый взгляд такие требования могут быть обеспечены весьма простыми средствами. Достаточно, казалось бы, оборудовать самолет маятником и магнитной стрелкой, чтобы дать возможность летчику определить положение самолета относительно плоскостей горизонта и меридиана.

 

Схема полета самолета по земным ориентирам

 

Именно по этому пути использования магнитного компаса и маятникового креномера и пытались идти первые русские навигаторы. Так, еще в 1804 г. при полете Я.Д. Захарова с научными целями на воздушном шаре в его гондоле для определения направления движения был установлен магнитный компас.

Опираясь на опыт морского кораблевождения, русские авиаторы стремились оснастить свои воздушные корабли самыми совершенными в те времена навигационными приборами. А.Ф. Можайский при постройке своего первого в мире самолета, испытания которого происходили в России в 1882-1884 гг., предусмотрел установку на нем специально сконструированного магнитного компаса. Большую помощь А.Ф. Можайскому оказал крупнейший специалист компасного дела академик И.П. Колонга (1839-1902).

Русский самолет "Илья Муромец", первый полет которого состоялся в декабре 1913 г., имел 2 комплекта маятниковых креномеров и магнитные компасы; один для летчика и второй для штурмана. Опыт использования магнитного компаса на самолете "Илья Муромец" и явился началом развития самолетовождения по приборам.

Однако ни магнитная стрелка, ни маятник не могли в условиях полета, так же как и на качающемся корабле, сохранять свои положения неизменно совмещенными с направлениями полуденной линии и истинной вертикали. Это объясняется тем, что даже при прямолинейном полете вследствие атмосферных возмущений, случайных отклонений рулей, неравномерной работы двигателей и других причин самолет совершает непрерывные колебания вокруг своих осей. Эти колебания порождают перемещения с ускорениями опор подвесов магнитной стрелки и маятника в корпусе самолета, обусловливая тем самым их отклонения от направлений полуденной линии и вертикали. Кроме того, при колебаниях самолета силы трения, неизбежно существующие в опорах подвесов, воздействуя на магнитную стрелку и маятник, увлекают их за поворотами самолета.

 

Схема самолета: 1 - продольная ось; 2 - вертикальная ось; 3 - поперечная ось

 

Все это, учитывая непрерывные колебания самолета, порождает и непрекращающиеся колебания маятника и магнитной стрелки около направлений вертикали и полуденной линии. Указанные обстоятельства затрудняют пользование рассмотренными приборами для определения углов крена самолета по отношению к плоскости горизонта и его курсовых углов относительно плоскости меридиана.

Таким образом, ни магнитная стрелка, ни маятниковый креномер не могли явиться надежными указателями положений плоскостей меридиана и горизонта. Вот почему возникла насущная потребность в создании принципиально новых приборов, которые бы в специфических условиях полета сохраняли неизменным свое положение относительно плоскостей горизонта или меридиана. Было сделано много попыток улучшения качества и магнитного компаса и маятникового креномера, однако ни одна из них не дала удовлетворительного решения. И только применение гироскопа позволило создать навигационные приборы, удовлетворяющие все возрастающим требованиям авиации.

Естественно, что внедрению гироскопа в самолетовождение во многом способствовал опыт морского флота, который к этому времени накопил достаточное количество материала по практическому использованию гироскопического компаса на море. Однако было бы ошибочным полагать, что авиация лишь позаимствовала у морского флота уже готовые гироскопические приборы. Малые габариты кабины самолета, высокие скорости его полета, ограничение веса

Для всех механизмов и приборов, устанавливаемых на самолете' исключали возможность использования, на нем морского гироскопического компаса, обладающего, как известно, значительными габаритами и весом.

Правда, в начале XX в. были предприняты попытки использовать гироскопический компас в авиации. Дирижабль "Италия", совершивший в 1928 г. полет к Северному полюсу, был оборудован гироскопическим компасом, однако эксперимент этот был неудачным. Дальнейших же попыток использования гироскопического компаса в авиации, как об этом можно судить по периодической печати, не предпринималось.

Самолетостроителям в этом вопросе пришлось идти самостоятельным путем. Без сомнения, установившиеся методы проектирования и технологические приемы изготовления гироскопических компасов были в полной мере использованы самолетостроителями, что и оказало решающее влияние на сравнительно быстрое внедрение гироскопических приборов в авиацию. Так, уже в первую мировую войну русские военные самолеты были оборудованы гироскопическими указателями горизонта.

 

Авиационный гирогоризонт 1914 г.

 

Волчок прибора приводился во вращение сжатым воздухом, подаваемым внутрь прибора через патрубок с и отсасываемым оттуда через трубку d. Волчок описываемого прибора упирался одним концом своей оси, так называемой шпилькой, в подпятник или топку N ( рис.16).

Верхняя часть оси АА_Х вращения волчка оканчивалась небольшим плоским диском а, по положению которого относительно прозрачного сферического колпака Ь, неизменно связанного с самолетом, и выдерживался горизонтальный полет.

Русская авиация не только не отставала от зарубежных стран в деле использования гироскопических приборов на самолете, но часто являлась пионером их внедрения.

Так, например, в 1917 г. русские летчики А.Н. Журавченко и Г.Н. Алехнович совершили на самолете "Илья Муромец" слепой полет, выдерживая прямолинейный курс в заданном направлении по гироскопическому указателю поворотов, о принципиальном устройстве которого будет сказано ниже. Этот прибор, разработанный П.П. Шиловским специально для авиации, позволил провести самолет по заранее намеченному курсу при полном отсутствии видимости земных ориентиров.

 

Рис.16. Схема, объясняющая принцип работы авиационного гирогоризонта 1914 г.: а -при горизонтальном полете; б -при наборе высоты

 

Работы советских ученых А.Н. Крылова, Б.В. Булгакова, С.С. Тихменева, Г.В. Коренева, А.Р. Бонина, Г.О. Фридлен-дера и многих других в содружестве с выдающимися конструкторами Е.Ф. Антиповым, Е.В. Ольманом, Р.Г. Чичикяном, А.И. Марковым и другими талантливыми инженерами обеспечили оснащение советской авиации высококачественными гироскопическими приборами.

В двадцатых годах текущего столетия в дополнение к указателю поворотов создаются авиационные гироскопические указатели, курса и горизонта, которые стали в настоящее время обязательными навигационными приборами самолета любого типа. В начале тридцатых годов советские конструкторы Д.А. Браславский, М.М. Качкачян и М.Г. Эйлькинд первыми в мире разработали, построили и испытали гиромагнитный компас, получивший в настоящее время широкое распространение в авиации всех стран мира.

Гироскопические приборы позволяют измерять углы, угловые скорости и ускорения при отклонении самолета от заданного направления.

Пользуясь гироскопическими приборами, определяют Линейные скорости и ускорения движения самолета. Наконец, они облегчают физический труд летчика, управляя полетом самолета автоматически.

Русский монорельс.

В начале прошлого века губернатор Костромской губернии Пётр Шиловский первым в мире разработал проект монорельсовой дороги и стал одним из пионеров широкого внедрения в военной и транспортной технике гиростабилизирующих устройств.

Устройство для сохранения равновесия.

Весной 1911 г. в Петербурге отмечался 75-летний юбилей первой отечественной желез­ной дороги - Царскосельской. По случаю этого знаменательного события Русское техническое общество устроило в столице, в Соляном городке, выставку, «гвоздём» которой была модель гиро­скопической железной дороги. По одному един­ственному кольцевому рельсу, проложенному в зале, бойко бегал маленький состав из трёх вагончиков. Пояснения давал сам изобретатель.

О творце модели Петре Петровиче Шиловском «Петербургская газета» писала: «Как ни странно, но изобретатель не получил никакого специально­го технического образования. Он - юрист и зани­мает очень видный административный пост в одной из губерний России». Действительно, Шиловский возглавлял в то время Костромскую губернию.

Один московский репортёр так характеризовал ПЛ.Шиловского: «Богато одарённый, с огромным честолюбием, он с детства мечтал выдвинуться. В той среде, где он воспитывался, выдвинуться означало сделать чиновничью карьеру. Природные способности толкали его пытливый ум в сторону знаний, а привитые средою взгляды влекли к карь­ере, и из этих двух начал сложилась вся его жизнь».

Шиловский был автором ряда работ по правове­дению и многих публицистических статей по пра­вовым вопросам. Но удивительное дело, техника, механика интересовали его не меньше, а, быть может, даже больше, чем юридические науки. И выбрал-то он для себя один из самых сложных, самых трудных разделов механики, над которым ломали головы крупнейшие учёные.

«Устройство для сохранения равновесия пово­зок или других находящихся в неустойчивом положении тел». Так называлось изобретение, на которое Шиловский получил привилегию, рус­ский патент, заявленный весной 1909 г.

Устройство имело двухрамный гироскоп с маят­ником. При нарушении равновесия повозки маят­ник подключал электромотор, воздействовавший на внутреннюю раму гироскопа. Появлялась сила, восстанавливавшая равновесие.В июне 1909 г. небольшая гироскопическая модель уже уверенно передвигалась по проволоке, натянутой между деревьями на даче изобретателя.

 

 

Выводы.

Развитие не стоит на месте и с каждым годом появляется все больше и больше различных изобретений на основе гироскопа. За последние десять лет развития, гироскопы проникли в наши жизни, и многие люди уже даже не смогут представить свое существование без. К примеру у каждого современного человека есть телефон,но далеко не каждый знает что камера его телефона работает при помощи гироскопа,все современные фильмы сняты на гироскопические камеры и ни одна захватывающая сцена не была бы настолько уникальной без подобных устройств. У каждого спортивного человека дома лежит гироскопический тренажер для руки, а полиция во всем мире закупается новыми скутерами «сегвей» для облегчения совей работы.

И все эти достижения современной техники не появились бы без стараний древних ученых.На мой взгляд изучение истории гиросокпической техники настолько же важно как и знание элементарных понятий гироскопии.

 

Список литературы:

 

1)сборник статей «история механики гироскопических систем» 1975 г.

2)«Гиро-приборы баллистических ракет» В.В. Ягодкин Г.А. Хлебников

3)«Гироскоп это просто» В. Матвеев

4)«Теория и практика гироскопического компаса» Б.И. Кудревич

5)Статья «гироскопическое оборудование-прошлое и настоящее» В.Кофтун, В.Хегер, И.Тревого, Л.Чаплинская

6)Собственный доклад по теме «сегвей» в программе «шаг в будущее»