专利名称：：航海型陀螺罗经自动加速启动装置的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种能将航海型陀螺罗经自动加速启动的装置，具体说是一种航海型陀螺罗经自动加速启动装置。陀螺罗经分为三大系列即安休茨系列、斯伯利系列和阿玛勃朗系列，各种系列的罗经正常启动时间一般为4-6小时。为了适应应急需要，缩短罗经的启动时间，实现快速稳定启动，大多数罗经都设置了加速启动装置。由于不同系列罗经的结构不同，加速启动装置的结构也不同。航海型陀螺罗经是安休茨系列罗轻中的一种，其加速启动装置结构比较复杂，而大部份安休茨系列罗经无此类装置，主要是因为其加速启动效果不佳。因为比类加速启动装置靠人工操作，难以将漂浮在液体内的陀螺球的航向控制在真航向上，如果操作精度为3°，除了启动操作时间外，还需要1小时左右才能将罗经稳定在±1.0°的精度以内。并且该方法对人工操作技术要求较高，所以启动中常常失败，而失败后还需重新正常启动，更加长了启动时间。这对于紧急出航的舰艇来说，就有可能贻误战机。本实用新型目的在于克服上述技术中的缺点，提出一种航海型陀螺罗经自动加速启动装置，使该装置操作使用方便，不需要任何操作技巧，并进一步缩短加速启动时间。本实用新型由下列技术方案实现该航海型陀螺罗经自动加速启动装置在箱体上装有箱盖，箱盖上装有能表示“自动”、“正常”两个位置的组合开关旋钮和两个指示灯，组合开关位于箱体内的电路板上，在箱体内的电路板上的电路还包括相敏整流电路、转换控制电路、延时电路和稳压电源电路四部分，电路板上的线路由2根电缆接通到箱体外。航海型陀螺罗经自动加速启动装置，其电路板上的相敏整流电路主要包括有二极管D1、D2、D3、D4和电容器C1、C22、C3、C4组成的两个桥式电路，限流电阻R1、负载电阻R2、R3接于极化继电器J3的两个工作线圈上，电路的输入端接于陀螺罗经磁放大器的信号变压器初级线圈30、31两端，K2、K4为组合开关的两对触点。相敏整流电路用来将陀螺球与跟踪球的跟踪失配信号变成直流信号，直流信号的极性反映两球的失配方向，而信号大小决定于两球失配角的大小。当系统进行自动加速启动时，组合开关中的K2、K4闭合。该电路工作原理如下1、当陀螺球与跟踪球相匹配时信号变压器BS初级线圈30、31至中间抽头上产生大小相等，相位相反的330HZ信号电压。其中由30至中间抽头上的信号电压V30在上一个电桥产生的回路为在信号正半周时，电流经30→D1→C1→R1→中间抽头，在C1上产生上正下负的半波直流电压；在信号负半周时，电流经中间抽头→R1→C2→D2→30，在C2上也产生上正下负的半波直流电压。在一个全波周期内，负载电阻R2上的直流信号电压为C1与C2两端电压之和，故称倍压，而极性为上正下负。由31至中间抽头上的信号电压V31在下一个电桥产生的回路是在其正半周时，电流经31→D4→C4→R1→中间抽头，在C4上产生下正上负的半波直流电压；在信号负半周时电流经中间抽头→R1→C3→D3→31，在C3上也产生下正上负的半波直流电压，在一个全波周期内，负载电阻R3上的直流信号电压为C4和C3两端电压之和，且极性为下正上负。总之，不管信号变压器初级线圈的信号电压处于正半周还是负半周，而在负载电阻R2和R3上总是产生极性相反的直流信号电压。由于陀螺球与跟踪球相匹配，电路又对称，故在R2、R3上的直流信号电压始终大小相等，方向相反。2、当陀螺球与跟踪球的航向失配时这时在信号变压器BS初级线圈的30至中间抽头与31至中间抽头的两信号电压大小就不等，即V30≠V31。若陀螺球航向大于跟踪球航向时的信号电压为V30＞V31，则经整流倍压后，R2上的直流信号电压要大于R3上的直流信号电压；反之，若陀螺航向小于跟踪球航向时，则有V31＞V30，R3上的电压要大于R2上的电压。综上所述，当陀螺球与跟踪球的航向一致时，经相敏整流电路，在其输出端的负载电阻R2、R3上将产生大小相等极性相反的直流电压信号；当两球的航向不一致时，输出端产生大小不等极性相反的直流电压信号，而陀螺球相对跟踪球的失配方向和失配角不同，则在输出端产生极性相反的电压大小也随之改变。航海型陀螺罗经自动加速启动装置，其电路板上的转换控制电路主要包括有极化继电器J3和两个控制继电器J1、J2；极化继电器J3中间触点与稳压电源连接，两个工作线圈接于相敏整流电路输出端，控制继电器J1、J2的线圈分别经极化继电器J3的上、下两触点接于+15V的稳压电源上，加速稳定装置副线圈L1、L2分别经控制继电器J1、J2的两对常开触点接于130、131接线柱上，供110V50HZ单相交流电源，转换控制电路还包括有限流电阻R8、R9，并与航海型陀螺罗经线路中的加速开关S相连接。当系统进行自动加速启动时，组合开关处于“自动”装置，K8闭合，K5、K7断开。转换控制电路起开关作用，即控制经过加速稳定装置副线圈L1、L2内的110V、50HZ交流电电流方向，以改变陀螺球的转动方向，达到向预置真航向转动的目的。转换控制电路工作原理如下1、当陀螺球与跟踪球相匹配时由相敏整流与跟踪电路可知，这时负载电阻R2、R3上的直流信号电压相等极性相反，极化继电器J3两工作线圈产生大小相等方向相反的电磁吸力，使继电器中间触片既不向上也不向下闭合，因此，控制继电器J1、J2得不到供电，其各常开触点仍处于断开状态，加速稳定装置副线圈L1L2内无电流通过，不产生电磁力矩，故陀螺球不转动。2、当陀螺球与跟踪球的航向失配时这时负载电阻R2、R3上产生极性相反的直流信号电压且大小亦不等。若陀螺球航向大于预置真航向时，极化继电器上工作线圈的电磁吸力大于下工作线圈的吸力，中间触片向上触点闭合，接通控制继电器J1电路，即稳定电源+15V→R9→J3中间触片→J3上触点→继电器J1线圈→地。J1工作，其两常开触点闭合，使加速稳定装置副线圈L1、L2供上110V50HZ交流电，即L1L2供电回路为131→F1→S接点→J1常开触点→副线圈L2L1→J1常开触点→K8→S接点→F2→130加速稳定装置主线圈K1′K2′经移相电容C8和开关K8供110V50HZ交流电激磁，主副线圈电流产生旋转磁场，使处在该磁场内的陀螺球黄铜壳体产生涡流，该涡流又与旋转磁场相互作用产生了电磁力矩。在刚启动陀螺罗经且陀螺球未被通电之前，这个电磁力矩将使陀螺球作方位旋转，在上述假设条件下，防螺球将向航向小的方向旋转，通常20秒内即可到达预置真航向上。由于陀螺球悬浮在液体内，陀螺球转动产生的液体摩擦力矩很微弱，故其旋转惯性将使陀螺球冲过平衡位置向小于预置真航向方向转动一个失配角度。又由于系统的闭环自动控制，此时系统又产生反向失配信号，经相敏整流，使J3的中间触片向下触点闭合，接通控制继电器J2，其回路+15V→R9→J3中间触片→J3下触点→J2线圈→地继电器J2工作，两常开触点闭合(此时由于J3上触点断开，使J1开路，两触点又处于常开状态)，副线圈L1L2供电110V50HZ交流电，其回路变为131→F1→S接点→J2上常开触点→副线圈L1L2→J2下常开触点→K8→S接点→F2→130显然流过副线圈的电流方向与前述相反，产生的旋转磁场方向也相反，陀螺球将向增大航向即预置真航向方向回转。随着摆动幅度的减小，旋转惯性也随之减小，经过几个摆动周期陀螺球便被控制在预置的真航向上了。大量的试验表明，从启动到陀螺球被控制在真航向上的时间一般在50秒左右。航海型陀螺罗经自动加速启动装置，其电路板上的延时电路主要包括有延时模块NE555，电容C5、C6和电阻R5，电阻R4和稳压管D10与稳压电源连接，延时电路中还连接有防止损坏电路的二极管D9、红色信号灯W2和限流电阻R7。延时电路是用于在刚启动陀螺罗经时，控制陀螺马达延时2-4分钟供电，保证陀螺球在启动前迅速转至预置真航向上，达到快速启动之目的。延时电路由稳压电源经电阻R4和稳压管D10提供+15V电源，其输出延时直流信号用来控制JGX-5F固态继电器J4、J5工作。延时电路工作原理如下转换开关置于“正常”位置时，K1、K3闭合，27-27′、28-28′被开关接通，在刚启动罗经时陀螺球即启动，故此时不能进行自动加速启动。转换开关置于“自动”位置时，K1、K3断开，刚启动罗经时，由于延时电路没有直流信号输出，故两继电器不工作，其触点(27-27’)，(28-28’)断开，陀螺球不能供电。选取不同的电容C5和电阻R5之值，可以改变延时信号输出的时间，即可以控制陀螺球启动所需要的延迟时间，本系统设定为2-4分钟，足以保证陀螺球在通电之前被控制在真航向上。启动约2-4分钟后，延时电路即输出直流信号，加至固态继电器J4J5，继电器动作，两触点(27-27’)、(28-28’)闭合，接通陀螺球120V330HZ三相交流电源，陀螺马达运转，陀螺球开始建立动量矩H。通常，陀螺球通电的瞬时，陀螺球会偏离真航向一定的角度，但系统在闭环控制下，跟踪失配信号会再次使陀螺球返回到控制范围内。但是，由于陀螺球已具有动量矩H(动量矩将随陀螺马达转速的升高而增大，约10-15分钟，达到额定值)，根据陀螺仪特性可知，此时加于陀螺球垂直轴向的电磁力矩M将不能直接使其向真航向方向作方位转动了，而是使陀螺球主轴绕其水平轴向电磁力矩方向进动。由进动产生高度角θ，使重心下移的陀螺球产生沿水平轴向的重力矩Mθ，从而使陀螺球绕垂直轴向真航向方向缓慢进动。这就是说，具有动量矩的陀螺球是靠重力矩寻找真航向的。当其再次返回到真航向控制范围内时，电磁力矩消失，但重心力矩仍存在，所以陀螺球很可能继续进动又冲出被控制范围而失配，反向的失配信号再次产生反向电磁力矩M，使陀螺球高度角θ向相反方向缓慢减小，直至θ角变号，陀螺球又在反向的重力矩Mθ作用下，又再次向平衡位置——真航向作返回进动。如此反复，经过几个周期的摆动，陀螺球最终将稳定在真航向上了，经过大量的试验表明，从启动罗经到陀螺球稳定(精度±1°0)大约需要30-50分钟时间。航海型陀螺罗经自动加速启动装置，其电路板上的稳压电源电路主要包括由二极管D5、D6、D7、D8及滤波电容C7组成的全波桥式电路，其输入端接于主罗经照明变压器BD-36的次级线圈5、6上，输出+15V直流电压，一路经电阻R9连接转换控制电路的极化继电器J3的触点及控制继电器J1、J2，并向控制继电器J1、J2供电，另一路经电阻R4连接延时电路，并向延时电路供电，还包括绿色电源指示灯W1和限流电阻R6。稳压电源的作用是将110V50HZ交流电变成稳定的+15V直流电压，供给航海型陀螺罗经自动加速启动装置的转换控制电路和延时电路使用。组合开关置于“自动”位置时，开关K6处于闭合状态，稳压电源有+15V直流电压输出。航海型陀螺罗经自动加速启动装置，其电路板上的组合开关K为8联组合开关，有“自动”和“正常”两个位置，在“自动”位置时，触点K2、K4、K6、K3闭合，K1、K3、K5、K7断开，在“正常”位置时，触点K1、K3、K5、K7闭合，K2、K4、K6、K8断开。当处于“自动”位置时，航海型陀螺罗经自动加速启动装置系统进行自动加速启动；当处于“正常”位置时，本装置电路则退出罗经网络。在自动加速启动结束时，应该将组合开关置于“正常”位置。在正常位置时，可进行陀螺罗经的正常启动，也可进行手工加速启动，由图可以看出，K2、K4、K6断开，跟踪失配信号和50HZ单相电与本装置切断，而K1、K3和K6、K7闭合，恢复了原陀螺球三相交流加速稳定装置副线圈供电线路。采用8联组合开关，既能使自动加速启动步骤简化，又可使电路安全可靠。现将航海型陀螺罗经自动加速启动工作的全过程综述如下。在主罗经上装定真航向，将组合开关置于“自动”位置，按步骤启动陀螺罗经，罗经便自动进行加速启动。110V50HZ单相交流电通过主罗经接线柱130、131向本装置供电，经稳压电源向延时电路和转换控制电路提供+15V直流电压。由于陀螺球航向与主罗经跟踪球航向不一致，即有跟踪失配信号从30、31输出，其信号电流经BS上下线圈产生的感应电动势大小不等，经相敏整流电路在负载电阻R2、R3两端就产生极性相反，大小不等的直流信号电压，输至极化继电器J3两工作线圈。若陀螺球航向大于跟踪球航向(主罗经航向)时，R2上的压降大于R3上的压降，则继电器中间触片向上闭合，将+15V直流电接入控制继电器J1，J1工作，其两常开触点闭合，将110V50HZ单相交流电接入加速稳定装置的副线圈，其电流由L2流向L1，而加速稳定装置的主线圈K1′、K2′已由110V50HZ交流电激磁，所以产生旋转磁场，带动陀螺球向航向减小方向转动。若陀螺球航向小于跟踪航向，则R3上的压降大于R2上的压降，极化继电器中间触片与下触点闭合，继电器J2工作，再通过两触点使副线圈中的电流改变方向，即由L1流向L2，所以陀螺球亦反转。陀螺球围绕平衡位置来回摆动数周后，便稳定在真航向上了。启动约2-4分钟，延时电路输出直流电压信号，使两固态继电器J4J5工作，其触点闭合将陀螺球27、28两相线路接通，陀螺马达供120V330HZ三相交流电，陀螺球启动且具有动量矩H，以后通过陀螺球的进动和系统的闭环控制，陀螺球就始终被控制在预置真航向精度范围内。大约50分钟陀螺罗经即可使用。对航海型陀螺罗经自动加速启动装置的海上试验结果如下根据海试大纲，于1995年6月6日至8月15日在潜艇上进行了历时70天的海试。主要进行了下列测试检查1、安装检查用两根电缆将本实用新型装置与潜艇上航海-3型陀螺罗经连接，经检查安装接线正确可靠，电路与系统绝缘符合要求。2、启动时间与稳定精度测试海试期间累计启动罗经25次，其中自动加速启动15次，平均启动时间为46分钟，精度为±1.0°；手动加速启动5次，平均启动时间为55分钟，精度为±3.0°；正常启动5次，平均启动时间为250分钟，精度为±1.0°。经海试，艇上使用人员认为该装置操作简单，一学就会，不受操作水平的影响；克服了手动加速启动对技术人员要求过高不易掌握的缺陷，提高了加速启动的成功率和精度，缩短了启动时间，减轻了使用人员的工作量，对作战舰艇应急使用具有重要意义，并希望早日装备舰艇。本实用新型的优点是结构简单合理，使用操作方便，不需要任何操作技巧即可加速启动，克服了手动加速启动对技术水平要求过高不易掌握的缺陷，提高了加速启动的成功率和精度，且加速启动时间比原加速稳定装置需要的时间缩短，比正常启动需要的4个多小时，大大缩短，这对于进一步缩短备航时间，提高民用船舶的经济效益，提高舰艇战术技术性能，争取战机，完成紧急任务都是非常重要的。如果将航海型陀螺罗经自动加速启动装置安装在安休茨系列罗经上，加速启动时间这一性能指标，就可以与其他系列的罗经相媲美，因此具有推广应用价值。结合一个实施例图1是一种航海型陀螺罗经自动加速启动装置的立体图，图2是去掉箱盖后的内部结构立体图，图3是该航海型陀螺罗经自动加速启动装置的电路图，该航海型陀螺罗经自动加速启动装置在箱体(1)上装有箱盖(2)，箱盖(2)上装有组合开关旋扭(3)和两个指示灯(4)、(5)，在箱体(1)内装有电路板(7)，电路板上的电路包括相敏整流电路(I)、转换控制电路(II)延时电路(III)和稳压电源电路(IV)，组合开关(3)装于箱体内的电路板上，电路里的其他器件均安装在电路板上，位于箱体(1)内。下表列出电路板上电路中各元器件所选用的型号规格。适用于航海I型或航海III型陀螺罗经自动加速启动装置电路元器件表</tables>权利要求1.一种航海型陀螺罗经自动加速启动装置，在箱体上装有箱盖，箱盖上装有能表示″自动″、″正常″两个位置的组合开关旋钮和两个指示灯，组合开关位于箱体内的电路板上，其特征在于在箱体内的电路板上的电路还包括相敏整流电路、转换控制电路、延时电路和稳压电源电路四部分，电路板上的线路由2根电缆接通到箱体外。2.按照权利要求1所述的航海型陀螺罗经自动加速启动装置，其特征在于相敏整流电路主要包括有二极管D1、D2、D3、D4和电容C1、C2、C3、C4组成的两个桥式电路，限流电阻R1、负载电阻R2、R3接于极化继电器J3的两工作线圈上，电路的输入端接于陀螺罗经磁放大器的信号变压器初级线圈30、31两端，K2、K4为组合开关的两对触点。3.按照权利要求1所述的航海型陀螺罗经自动加速启动装置，其特征在于转换控制电路主要包括有极化继电器J3和两个控制继电器J1、J2；极化继电器J8中间触点与稳压电源连接，两个工作线圈接于相敏整流电路输出端，控制继电器J1、J2的线圈分别经极化继电器J3的上、下两触点接于+15V的稳压电源上，加速稳定装置副线圈L1、L2分别经控制继电器J1、J2的两对常开触点接于130、131接线柱上，供110V50HZ单相交流电源，转换控制电路还包括有限流电阻R8、R9，并与航海型陀螺罗经线路中的加速开关S相连接。4.按照权利要求1所速的航海型陀螺罗经自动加速启动装置，其特征在于延时电路主要包括有延时模块NE555，电容C5、C6和电阻R5，电阻R4和稳压管D10与稳压电源连接，延时电路中还连接有防止损坏电路的二极管D9、红色信号灯W2和限流电阻R7。5.按照权利要求1所述的航海型陀螺罗经自动加速启动装置，其特征在于稳压电源电路主要包括由二极管D5、D6、D7、D8及滤波电容C7组成的全波桥式电路，其输入端接于主罗经照明变压器BD-36的次级线圈5、6上，输出+15V直流电压，一路经电阻R9连接转换控制电路的极化继电器J3的触点及控制继电器J1、J2，另一路经电阻R4连接延时电路，还包括绿色电源指示灯W1和限流电阻R6。6.按照权利要求1所述的航海型陀螺罗经自动加速启动装置，其特征在于组合开关K为8联组合开关，有“自动”和“正常”两个位置，在“自动”位置时，触点K2、K4、K6、K8闭合，K1、K3、K5、K7断开，在“正常”位置时，触点K1、K3、K5、K7闭合，K2、K4、K6、K8断开。专利摘要航海型陀螺罗经自动加速启动装置是一种能将陀螺罗经自动加速启动的装置。在箱盖上装有组合开关旋扭和两个指示灯,在箱体内的电路板上的电路包括相敏整流电路、转换控制电路、延时电路和稳压电源电路,电路板上的线路由2根电缆接通到箱体外。优点是结构简单合理,操作方便,对操作者无严格技术要求,缩短了启动时间,提高了舰艇的战术技术性能,对争取战机、完成紧急任务非常有利。文档编号G01C19/00GK2297713SQ9723275公开日1998年11月18日申请日期1997年4月17日优先权日1997年4月17日发明者金纪顺,吉春生,张爱国,姜立平申请人:中国人民解放军海军潜艇学院