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1、陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 一、一、阻尼的目的与方法阻尼的目的与方法水平轴阻尼法水平轴阻尼法（安许茨罗经）（安许茨罗经）垂直轴阻尼法垂直轴阻尼法（斯伯利罗经和阿（斯伯利罗经和阿玛勃朗罗经）玛勃朗罗经）1-5 摆式罗经的减幅摆动摆式罗经的减幅摆动 陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 二下重式罗经的减幅摆动二下重式罗经的减幅摆动1 下重式罗经的阻尼力矩下重式罗经的阻尼力矩（1）结结构构：在在陀陀螺螺球球上上部部加加设设一一个个油油液液阻尼器阻尼器 P25 Fig1-29（2）油油液液流流动动的的特特点点：油油液液的的流流动动滞滞后后于主轴
2、倾斜运动的于主轴倾斜运动的14周期。周期。（3）阻尼力矩的形成阻尼力矩的形成：MDYCX 陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 2下下重重式式罗罗经经的的阻阻尼尼曲曲线线：罗罗经经启启动动80min后后，主主轴轴开开始始作作减减幅幅摆摆动动，经经过过46h后达到真北（附近的）稳定位置。后达到真北（附近的）稳定位置。（1）阻阻尼尼曲曲线线的的获获得得：利利用用航航向向记记录录器器或或由由驾驾驶驶员员直直接接按按时时间间记记录录方方位位角角变变化化的数值并在坐标纸上绘制成曲线。的数值并在坐标纸上绘制成曲线。（2）作用：作用：判断罗经性能的好坏判断罗经性能的好坏。3下重式罗经
3、的阻尼运动轨迹下重式罗经的阻尼运动轨迹陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 3下重式罗经的减幅摆动参数及其特点下重式罗经的减幅摆动参数及其特点(P28 Fig130)（1）阻阻尼尼因因数数f(又又称称衰衰减减因因数数)：罗罗经经在在作作减减幅幅摆摆动动时时主主轴轴偏偏离离子子午午面面之之东东和和相相继继偏偏西西的的依依次次最最大方位角之比。大方位角之比。它它表表示示主主轴轴在在方方位位角角上上减减幅幅摆摆动动过过程程的的快快慢慢程度，通常程度，通常f在在2.54之间。之间。陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 （2 2）阻尼周期阻尼周期T TD
4、D：罗经作减幅摆动时，主轴指北端围绕稳：罗经作减幅摆动时，主轴指北端围绕稳定位置作阻尼摆动一周所需的时间。定位置作阻尼摆动一周所需的时间。60-120min60-120min( (纬度在纬度在0-700-70度范围度范围) )特点：与特点：与罗经结构参数罗经结构参数和船舶所在和船舶所在地理纬度地理纬度有关，且在有关，且在纬度一定时，纬度一定时， 。（3 3）稳定位置：稳定位置： 物理意义物理意义P26P26？（4 4）罗经的稳定时间罗经的稳定时间(P28)(P28)：罗经从起动到其指向精：罗经从起动到其指向精度满足航海精度要求度满足航海精度要求( (土土1 1) )所需的时间。所需的时间。大约
5、为大约为2.5 T2.5 TD D3h 45min 3h 45min 陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 例例：在在北北（南南）纬纬静静止止基基座座上上，下下重重式式罗罗经经主主轴轴指北端的稳定位置是：指北端的稳定位置是：A子午面内水平面之上子午面内水平面之上B子午面内水平面之下子午面内水平面之下C子午面之东水平面之上子午面之东水平面之上D子午面之西水平面之下子午面之西水平面之下陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 总结：总结：下重式罗经的指北原理下重式罗经的指北原理陀螺罗经陀螺罗经陀螺罗经陀螺罗经陀螺仪地球自转控制力矩阻尼力矩陀螺仪地球自转控
6、制力矩阻尼力矩陀螺仪地球自转控制力矩阻尼力矩陀螺仪地球自转控制力矩阻尼力矩 （主轴视运动）（主轴视运动）陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 三液体连通器式罗经的减幅摆动三液体连通器式罗经的减幅摆动1液体连通器式罗经的阻尼力矩液体连通器式罗经的阻尼力矩（1）结构结构1，结构结构2 ：在陀螺房的西上侧加设一个阻尼重物，在陀螺房的西上侧加设一个阻尼重物，约约30克重。克重。（2）阻尼力矩的形成阻尼力矩的形成：2液体连通器式罗经的阻尼曲线液体连通器式罗经的阻尼曲线3液体连通器式罗经的阻尼运动轨迹液体连通器式罗经的阻尼运动轨迹陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的
7、减幅摆动 4 4液体连通器式罗经的减幅摆动参数：液体连通器式罗经的减幅摆动参数：（1 1）阻尼周期：阻尼周期：60-120min60-120min( (纬度在纬度在0-700-70度范围度范围) )特点：与特点：与罗经结构参数罗经结构参数和船舶所在和船舶所在地理纬度地理纬度有关，且在纬有关，且在纬度一定时，度一定时， 。（2 2）阻尼因素：阻尼因素：（3 3）稳定位置稳定位置 ： 物理意义物理意义P32(P32(纬度误差纬度误差) )？（4 4）罗经的稳定时间罗经的稳定时间陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 例例：位位于于北北（南南）纬纬某某处处静静止止基基座座上上的
8、的斯斯伯伯利利 37型型 罗罗 经经 ， 其其 主主 轴轴 的的 稳稳 定定 位位 置置 为为 。A子午面之东，水平面之上子午面之东，水平面之上B子午面之东，水平面之下子午面之东，水平面之下C子午面之西，水平面之上子午面之西，水平面之上D子午面之西，水平面之下子午面之西，水平面之下陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 总结：总结：液体连通器式罗经的指北原理液体连通器式罗经的指北原理陀螺罗经陀螺罗经陀螺仪地球自转控制力矩阻尼力矩陀螺仪地球自转控制力矩
9、阻尼力矩（主轴视运动）（主轴视运动）陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 本节作业或思考题本节作业或思考题1.P35 1-11,1-132.试述安许茨罗经的指北原理。试述安许茨罗经的指北原理。3.试述斯伯利罗经的指北试述斯伯利罗经的指北原理。4. P146 0835-0851陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 一、阻尼的目的与方法：一、阻尼的目的与方法：一、阻尼的目的与方法：一、阻尼的目的与方法： 将等幅运动变将等幅运动变将等幅运动变将等幅运动变为减幅运动，最后为减幅运动，最后为减幅运动，最后为减幅运动，最后衰减至子午面上的衰减至子午面上的衰减
10、至子午面上的衰减至子午面上的某个稳定位置，以某个稳定位置，以某个稳定位置，以某个稳定位置，以实现稳定指北。实现稳定指北。实现稳定指北。实现稳定指北。2.2.2.2.阻尼的方法阻尼的方法阻尼的方法阻尼的方法 压缩长轴法压缩长轴法压缩长轴法压缩长轴法水平轴阻尼法水平轴阻尼法水平轴阻尼法水平轴阻尼法 压缩短轴法压缩短轴法压缩短轴法压缩短轴法垂直轴阻尼法垂直轴阻尼法垂直轴阻尼法垂直轴阻尼法1.1.1.1.阻尼的目的阻尼的目的阻尼的目的阻尼的目的MM（E）（W）Nr陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 水平轴阻尼法水平轴阻尼法（为下重式罗经所采用）（为下重式罗经所采用）1.定义：
11、由阻尼设备产生水平轴的阻尼力矩以实现阻定义：由阻尼设备产生水平轴的阻尼力矩以实现阻尼的方法尼的方法。要求阻尼力矩引起要求阻尼力矩引起的进动线速度（的进动线速度（u3)总是总是指向子午面指向子午面。 1、3象限象限渐次衰减至稳定位置渐次衰减至稳定位置ru3u323u3u314MM（E）（W）2.原理：原理：减幅减幅 等幅等幅 2、4象限象限 减幅减幅 等幅等幅r陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 垂直轴阻尼法垂直轴阻尼法（为液体连通器罗经所采用）（为液体连通器罗经所采用）1.定义：由阻尼设备产生垂直轴阻尼力矩以实现阻尼定义：由阻尼设备产生垂直轴阻尼力矩以实现阻尼的方法的
12、方法。要求阻尼力矩引起要求阻尼力矩引起的进动线速度（的进动线速度（u3)总是总是指向水平面指向水平面。 1、3象限象限减幅减幅 等幅等幅 u3u3u3u3渐次衰减至稳定位置渐次衰减至稳定位置rMM（E）（W）2.原理：原理： 2、4象限象限 减幅减幅 等幅等幅1234r陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 A. 阻尼器结构：液体阻尼器沿南北放置，阻尼器结构：液体阻尼器沿南北放置， 内盛高粘度硅油。内盛高粘度硅油。国产航海国产航海I型液体阻尼器型液体阻尼器NSNS德国安许茨液体阻尼器德国安许茨液体阻尼器GOGO陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动
13、B. 阻尼液体流动的滞后性：阻尼液体流动的滞后性：N（E）（W）西侧西侧南端油多南端油多东侧东侧北端油多北端油多结论：阻尼力矩作用于水平轴上，阻尼线速度（结论：阻尼力矩作用于水平轴上，阻尼线速度（u3u3）总是）总是指向子午面，实现了水平轴阻尼。指向子午面，实现了水平轴阻尼。u3NSNSSNu3NSNSNSNSNS陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 罗经主轴阻尼运动的有关参数：罗经主轴阻尼运动的有关参数：TD 1 21. 阻尼因数阻尼因数f2. 阻尼周期阻尼周期TD3. 稳定时间稳定时间t t0f= 1 / 2= 2 / 3= n/ n+14. 稳定位置稳定位置陀螺罗
14、经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 r阻尼运动轨迹：阻尼运动轨迹：（E）（W）子午面子午面v轨迹：轨迹： 为一为一衰减的螺旋曲线衰减的螺旋曲线。V2u3u2结论：下重式罗经主轴指北端在水平轴阻尼结论：下重式罗经主轴指北端在水平轴阻尼力矩的作用下，将等幅运动变为衰减运动，力矩的作用下，将等幅运动变为衰减运动，最后稳定于子午面上。最后稳定于子午面上。r陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 r稳定位置分析：稳定位置分析：（E）（W）子午面子午面V2u3u2v稳定位置（稳定位置（r）：）： 北纬北纬指北偏上指北偏上 南纬南纬指北偏下指北偏下主轴在主轴在主轴在
15、主轴在r r点获得稳定的点获得稳定的点获得稳定的点获得稳定的物理意义物理意义物理意义物理意义 ：(1)(1)相对于相对于相对于相对于水平面水平面水平面水平面达到平衡达到平衡达到平衡达到平衡(2)(2)相对于相对于相对于相对于子午面子午面子午面子午面达到平衡达到平衡达到平衡达到平衡南纬南纬南纬南纬陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 A. 阻尼器：陀螺房西侧放置一阻尼重物。阻尼器：陀螺房西侧放置一阻尼重物。YZO陀螺房陀螺房ZXNSFZFX阻尼重物阻尼重物mDl mgMZ陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 B. 阻尼重物产生垂直轴阻尼力矩（阻尼重
16、物产生垂直轴阻尼力矩（MzD）：）： P31页：页：MZD=-mD g sina -MD 主轴指北端在水平面之主轴指北端在水平面之上上：u3u3u3u3所以，可实现垂直轴阻尼。所以，可实现垂直轴阻尼。MZD向向上上，指北端产生的进，指北端产生的进动动u3向向下下；主轴指北端在水平面之主轴指北端在水平面之下下：MZD向向下下，指北端产生的，指北端产生的进动进动u3向向上上。陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 C.阻尼运动轨迹：阻尼运动轨迹：v轨迹：轨迹：v问题：主轴指北端衰减终了的位问题：主轴指北端衰减终了的位置不在子午面上，为什么？置不在子午面上，为什么？r 为一衰减
17、的螺旋曲线。为一衰减的螺旋曲线。陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 v稳定位置的分析：稳定位置的分析：（E）（W）rV2u2u3ru3V2u2V1（方位误差）（方位误差）结论：液体连通器罗经由于采用了垂直轴阻尼法，指结论：液体连通器罗经由于采用了垂直轴阻尼法，指北端在子午面上无法稳定，因此产生了指向上的误差北端在子午面上无法稳定，因此产生了指向上的误差。 北纬北纬偏东偏上偏东偏上稳定位置稳定位置： 南纬南纬偏西偏下偏西偏下主轴在主轴在主轴在主轴在r r点获得稳定的物理意义点获得稳定的物理意义点获得稳定的物理意义点获得稳定的物理意义 ：(1)(1)相对于相对于相对于相对
18、于水平面水平面水平面水平面达到平衡达到平衡达到平衡达到平衡(2)(2)相对于相对于相对于相对于子午面子午面子午面子午面达到平衡达到平衡达到平衡达到平衡南纬南纬南纬南纬r陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 ZXNSFZFX MZDmgZXNSFZFX MZDmg北纬北纬北纬北纬南纬南纬南纬南纬陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 P25 Fig1-29改画陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 陀螺罗经的指北原理陀螺罗经的指北原理1-5摆式罗经的减幅摆动 下重式罗经的阻尼曲线下重式罗经的阻尼曲线下重式罗经的阻尼曲线下重式罗经的阻尼曲线液体连通器式罗经的阻尼曲线液体连通器式罗经的阻尼曲线液体连通器式罗经的阻尼曲线液体连通器式罗经的阻尼曲线
