NO120492B - - Google Patents

Description

Gyrokompass.

Oppfinnelsen vedrorer gyrokompass, dvs. kompasser i hvilke en eller flere rotorer roterer om en akse eller parallelle akser, idet rotorhuset eller -husene er montert i en vertikal slingre-boylering som fritt kan dreie seg om en normalt vertikal akse, hvilken ring igjen er montert i en gyrofolgering som fritt kan dreie seg om en normalt horisontal ost-vest akse. Gyrofolge-ringen kan igjen fritt bevege seg om en normalt vertikal akse. Når gyroen forst er startet, dvs. rotoren er begynt å rotere,

vil rotoraksen sette i gang elliptiske, dempede svingninger rundt en hvilestilling, og hvis svingningene er store, kan flere timer gå for svingningene opphorer og kompasset er ferdig for bruk.

Det er derfor fordelaktig å innstille rotasjonsaksen omtrent i nevnte hvilestilling når kompasset setter i gang for derved å redusere svingningenes amplitude til et minimum og derved også deres varighet. Oppfinnelsen vedrorer slik innstilling av gyroaksen.

Oppfinnelsen vedrorer et gyrokompass hvor rotorhuset bare har

en begrenset frihet med hensyn til dreining om den vertikale akse i forhold til den vertikale ring, og en folgemotor er innkoblet for å soke å dreie folgeringen og den vertikale ring omkring den vertikale akse og anordnet for normalt å bli påvirket for å holde den vertikale ring i en på forhånd bestemt stilling i forhold til gyroaksen. Kompasset ifolge oppfinnelsen kjenne-tegnes ved at innstillingsorgan er anordnet for rotoraksen omfattende en krengningsdetektor for å registrere krengningen av rotoraksen, anordninger for å tilsidesette den normale funksjonering av folgemotoren og for å bringe denne til å drive den vertikale ring i forhold til rotorhuset og bort fra nevnte på forhånd bestemte forhold til en av dens frihetsgrenser, slik at et krengningskorrigerende dreiemoment om den vertikale akse tilfores rotorhuset (11) i retning for å bevirke krengningspresesjon for å justere den registrerte krengning av rotoraksen.

Under normal drift holdes den vertikale ring stort sett under rett vinkel til gyrorotasjonsaksen, og det skal aldri under bruk tillates at folgemotoren når endene av ringens frie bevegelighet i forhold til rotorhuset, slik at ikke noe dreiemomenttilfores rotoren. I en utforelse energiseres folgemotoren av et signal som omfatter den algebraiske sum av et krengningssignal og en dempet versjon av et normalt folgesignal.

Kompassets nordsokende evne skyldes det dreiemoment som tilfores av en innretning som er folsom overfor tyngdekraften, f.eks. en væskependel (liquid ballistic). Hvis ikke kompenserende dreiemoment tilfores, vil kompassets gyroakse, styrt av den tyngde-kraftf61somme anordning, når gyroen befinner seg på en hvilken som helst annen bredde enn ekvator, falle til ro med en avvikelse fra horisontalen i et vertikalt plan, dvs. en krengning. Denne avvikelse er proporsjonal med sinus til bredden og således at det folgende utgangsdreiemoment for den tyngdekraftfolsomme anordning bringer gyroen til å presesere med en hastighet som er lik den lokale komponent av jordens rotasjon om sin akse. Ved storre bredder blir krengningen betydelig, og i en foretrukket utfbr-else av kompasset er dette tatt i betraktning ved nivellerings-midler. Ifolge denne utforelsesform blir et forspenningssignal, frembragt av en regnemaskin og avhengig av bredden, allgebraisk tillagt krengningssignalet for å bringe rotoren til å presesere til den onskede krengningsvinkel.Bredden for kompassets på-værende plass kan manuelt innfores i en regnemaskin med mellom-rom, f.eks. ved innstilling av et variabelt potensiometer inn-delt i breddegrader.

Organene for å tilveiebringe innstilling ("levelling") kan omfatte eller være anordnet i forbindelse med asimutjusterende midler for å bringe rotoraksen i en tilnærmet nord-syd retning for innstilling finner sted. Disse midler kan omfatte anordninger for å tilsidesette den normale energisering av folgemotoren for å få denne til å drive den vertikale ring og folgeringen om en vertikal akse.

En spesiell utforelsesform av et gyrokompass ifolge oppfinnelsen vises rent skjematisk på tegningen.

Gyroskopkompassets rotor har sin akse beliggende perpendikulært på papirets plan og er omsluttet av en aluminiumskappe i form

vertikal av en sammenbygning som benevnes gyrokulen e;^er rotorhuset 11. :']\ ring 12 har dreibare lagringer 13 for gyrokulen, idet lagringene ligger på en vertikal akse slik at gyrokulen har en begrenset frihet til å dreie seg i forhold til den vertikale ring om den vertikale akse. Samvirkende par av stoppere 17 på gyrokulen og ringen begrenser denne frie bevegelighet til noen få grader i hver retning bort fra en stilling i hvilken rotoraksen står

perpendikulært på den vertikale rings plan.

En skålformet folgering 14 har dreibare lagringer 15 på en horisontal akse for den vertikale ring 12 og er selv montert for å kunne dreie seg om den vertikale akse i forhold til en stasjonær, understottende del 16. Delen 16 utgjor fortrinnsvis toppen av et oljefylt kammer i hvilket kompassdelene flyter.

Gyrokompasset er gjort nordsbkende ved hjelp av en væskependel-anordning og dets svingninger dempes ved forflytning av gyroku-lens tyngdepunkt til vestsiden av den vertikale akse. Hverken væskependelen eller denne forskyvning av tyngdepunktet er vist på tegningen, da disse trekk er vel kjent i og for seg.

En asimut-"pick-off" 18 omfatter en viklet kjerne med E-formet tverrsnitt montert på ringen 12 og et separat anker festet til gyrokulen 11. Når den vertikale ring 12 ligger i riktig stilling i forhold til gyrokulen, dvs. at rotasjonsaksen står perpendikulært på den vertikale rings plan, fås minimal utgangseffekt fra "pick-off"-anordningen. Kommer ringen ut av stilling på grunn av relativ rotasjon om den vertikale akse, fås en bk-ning i den elektriske utgangseffekt som forsterkes. Under normal drift tilfores denne kontrollfasen til en asimutmotor 20. Denne motor er montert på den understøttende del 16 for å drive fblgeringen 14 om dens vertikale akse. Da den vertikale ring 12 er montert i fblgeringen 14, dreier den seg med denne, idet ro-tasjonsretningen er slik at feil sammenpasning med gyrokulen reduseres. Den vertikale ring holdes derfor normalt nbye på plass i riktig stilling i forhold til gyrokulen.

Kompassets visning kan direkte avleses på en kompassrose på oversiden av fblgeringen 14 gjennom et vindu (ikke vist) i den understottende del 16. Ytterligere kan en repeater være montert på toppen av kompasset og drives av fblgeringen 14 ved hjelp av et kompassvisnings-overfbringssystem (ikke vist).

Hastighets- og breddefeil blir elektrisk korrigert. Korreksjons-signaler utledes fra en korreksjonsregneanordning (ikke vist) som beregner den nbdvendige korreksjon fra informasjon mottatt fra en kursbestemmer (ikke vist) montert i kompasset. Breddens verdi blir periodisk manuelt innfort i regneanordningen. Korrek-sjonssignal fra denne tilfores en vridningsmomentanordning 21 som virker på gyrokulen fra den vertikale ring for å tilfore dreiemoment til gyrokulen, som bevirker presesjon av denne for korrigering av feilen.Anordningen 21 består av en E-formet, viklet kjerne montert på den vertikale ring, idet aluminiums-kappen i kulen 11 danner ankeret.

Når gyrokompasset settes i gang, vil rotasjonsaksen ha en stort sett tilfeldig stilling, og overlatt til seg selv ville den svinge frem og tilbake omkring den endelige stilling i flere timer for den falt til ro. Ifolge oppfinnelsen er derfor foran-staltninger truffet for å bringe rotasjonsaksen tilnærmet til dens endelige stilling ved igangsetning ved en innstillingspro-sess, slik at den tid som går med for kompasset kommer til ro reduseres. I den spesielle prosess som nedenfor beskrives, blir forst rotasjonsaksen anbragt i asimut, og krengningen av aksen korrigeres så.

På toppen av kompasset (foran kursrepeateren hvor denne er anordnet) er det montert et kontrollpanel 22 omfattende to brytere, nemlig "dreinings"-bryteren 23 og "innstilling/normaldrift"-bryteren 24. "Dreinings"-bryteren er fjærpåvirket til utkoblet stilling og nodvendiggjor derfor konstant manuelt trykk for å holdes innkoblet. Bryteren "innstilling/normaldrift" har to stillinger, en merket "innstilling" og den andre merket "normaldrift".

Disse brytere betjenes manuelt for å innstille rotasjonsaksen ved å tilfore signaler til asimutmotoren 20, hvilke er forskjel-lige fra folgesignalene som styrer motoren 20 under normal drift. Stillingen "normaldrift" for bryteren "innstilling/normaldrift" er den stilling i hvilken de normale folgesignaler fra asimut-"pick-offen" 18 tilfores motoren 20.

Ved igangsetning innstilles bryteren på "normaldrift" inntil gyroen utvikler tilstrekkelig vinkelmoment til å unngå at et innstillingssignal, som oppnås som nedenfor forklart, påtrykkes motoren 20 og bevirker en overskytende grad av presesjon, slik at innstillingssystemet kan bli ustabilt og bevirke hamring mellom den vertikale ring og gyrokulestopperne. Når gyrorotoren har nådd normal rotasjonshastighet, settes bryteren på "normal drift" og bryteren "dreining" trykkes inn. Virkning av sist-nevnte bryter er at et kraftig operasjonssignal påtrykkes asimutmotoren 20 for å dreie fblgeringen 14 og den vertikale ring 12 i asimut. Gyrokulen hindres av stopperne fra å komme ut av riktig stilling mer enn noen få grader i forhold til den vertikale ring. Den vertikale ring vil derfor ligge an mot en av stopperne, og gyrokulen blir derefter utsatt for dreiemoment om den vertikale akse. Den normale presesjonsreaksjon bevirker derfor at gyrokulen og den vertikale ring sammen krenger om den horisontale akse som dannes av lagringene 15. Det forholdsvis kraftige dreiemoment som påfbres bevirker at krengningen fort-setter inntil stopperne 25 på den vertikale ring kommer til anlegg mot lignende stoppere (ikke vist) på innsiden av fblgeringen 14. Dette forekommer ved en vinkel i forhold til horisontalen på 45° eller mer. Derefter undertrykkes den normale presesjonsreaksjon på dreiemomentet. En annen dreiemomentreak-sjon oppstår nu gjennom stopperne 25 om den horisontale akse, hvorved presesjon av gyrokulen finner sted om den vertikale akse. Stopperne 17 bringer den vertikale ring 12 og således fblgeringen 14 til å folge bevegelsen av gyrokulen. Den samlede virkning blir derfor en dreining av fblgeringen 14, den vertikale ring 12 og gyrokulen 11 om den vertikale akse, med den vertikale ring og gyrokulen krenget 45° i forhold til horisontalen. Når kompassrosen eller repeateren viser den avlesning som antas å være tilnærmet den riktige, frigjbres "dreinings"-bryteren. Rotasjonsaksen er nu noen få grader borte fra meridianen, men er krenget under en stor vinkel i forhold til horisontalen.

Når "dreinings "-bryteren frigjbres, begynner en innstill! -js-prosess automatisk, idet "innstilling/normaldrift"-bryteren er blitt anbragt i "innstilling"-posisjon. I denne stilling får asimutmotoren et svakere innstillingssignal som utgjbres av den algebraiske tilsetning av (a) et krengningssignal fra en elektro-lytisk nivåanordning montert i den vertikale ring 12, (b) et forspenningssignal tilknyttet bredden som fås fra en korreksjons-beregner 26 og (c) en dempet versjon av fblgesignal fra asimut-"pick-offen" 18. Asimutmotoren virker derfor nu til å dreie den vertikale ring i motsatt retning, slik at der tilfores et meget mindre dreiemoment gjennom gyrokulestopperne i retning for å bringe gyroen til å presesere under krengning mot en stilling i hvilken rotoraksen danner en vinkel med horisontalen i overens-stemmelse med nevnte forspenningssignal. Denne vinkel er den korrekte krengningsvinkel for den spesielle bredde som manuelt er innstilt i korreksjonsberegneren. Da virkningen er å fore rotasjonsaksen tilbake til horisontalen, vil stopperne 25 ikke lenger være i anlegg, og der skjer ikke noen ytterligere bevegelse omkring den horisontale akse.

Virkningen av det dempede fblgesignal er å gi tilstrekkelig mot-virkning overfor elektrolyttinnstillings-signalene når gyrokulen nærmer seg endelig stilling, slik at overskytende bevegelse kan reduseres. Den forste virkning av elektrolyttinnstillingssig-nalet på grunn av den store krengningsvinkel er å virke sterkere enn det dempede fblgesignal og å bevirke at den vertikale ring kommer til anlegg med den ene eller annen av sine stoppere. Fblgesignalet vil således alltid motvirke elektrolyttinnstillings-signalet. Når gyroaksen nærmer seg sin endelige stilling, blir imidlertid elektrolyttinnstillings-signalet redusert til en verdi ved hvilken fblgesignalet har en dempningseffekt for å redusere overskytende bevegelse.

Under "dreinings"-operasjonen er virkningen av innstillingssig-nalet svakere enn "dreinings"-signalet.

r

Når den riktige vinkel er oppnådd, blir bryteren "innstilling/ normaldrift" stillet på "normaldrift", når det normale fblgesignal påtrykkes asimutmotoren.

Den fremgangsmåte som ovenfor er omtalt for å bringe kompasset raskt til hvilestilling kan oppsummeres som folger: 1. Anbring bryteren "innstilling/normaldrift" i stilling "nor-maldrif t" .

2. Innkoble gyrorotoren og speed opp for 1 minutt.

3. Sett bryteren på "innstilling", men vent ikke til gyroen er innstilt. 4. Innkoble "dreinings"-bryteren inntil kompassets avlesning er tilnærmet den riktige.

5. Frigjor "dreinings"-bryteren.

6. Vent ett minutt mens innstilling finner sted.

7. Sett bryteren på "normaldrift".

Gyrokompasset vil da være innstilt temmelig nær endelig innstil-

ling og vil folgelig falle til ro på omkring én time. Når rik-

tig avlesning kjennes noyaktig, kan en dyktig operator innstille kompasset til innenfor bueminutter av den endelige stilling for ytterligere å redusere tiden som er nodvendig for at kompasset skal falle til ro.

Under hurtiginnstillingsprosessen vil den normale dempningsvirk-

ning av ubalansen på vestsiden av rotorhuset fortsette. Under "dreinings"-fasen vil dens virkning være slik at gyroaksen vil sbke å presesere mot horisontalen, men dette overvinnes av det kraftigere dreiemoment som tilfores av asimutmotoren. Under "innstillings'<1->fasen vil dempningen bidra til dreiemomentprese-

sering av gyroaksen mot horisontalen.

Claims (12)

1 . Gyrokompass hvor rotorhuset bare har en begrenset rota-

sjonsfrihet om den normalt vertikale akse i forhold til den vertikale ring og en folgemotor som virksomt dreier fblgeringen og den vertikale ring om den vertikale akse og som normalt holder den vertikale ring i en på forhånd bestemt stilling i forhold til rotoraksen, karakterisert ved at innstillings- organ er anordnet for rotoraksen omfattende en krengningsdetektor (27) for å registrere krengningen av rotoraksen, anordninger (22) for å tilsidesette den normale funksjonering av folgemotoren (20) og for å bringe denne til å drive den vertikale ring (12) i forhold til rotorhuset (11) og bort fra nevnte på forhånd bestemte forhold til en av dens frihetsgrenser, slik at et krengningskorrigerende dreiemoment om den vertikale akse tilfores rotorhuset (11) i retning for å bevirke krengningspresesjon for å justere den registrerte krengning av rotoraksen.

2. Gyrokompass som angitt i krav 1, karakterisert ved at anordningene (22) tilforer et styresignal til motoren (20), hvilket signal er utledet fra krengningsdetektoren og fra et bredde-forspenningssignal slik at rotoraksen justeres til den krengningsvinkel som er riktig for den aktuelle bredde.

3.G yrokompass som angitt i krav 2, karakterisert ved at det omfatter en regneanordning (26) som er innrettet for manuell innstilling av en breddekontroll, fra hvilken regneanordning bredde-forspenningssignalet er utledet.

4. Gyrokompass som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at anordningene (22) under motorens (20) normale drift tilforer denne et styresignal hvori inngår en dempet versjon av et fblgesignal.

5. Gyrokompass som angitt i kravene 1-4, karakterisert ved at tilsidesetningsanordningene (22) omfatter en innstilling/normaldrift-bryter (24) manuelt betjenbar for å kunne omkoble folgemotoren (20) mellom normal (drifts)funksjonering og nevnte innstilli.ngsoperasjon.

6. Gyrokompass som angitt i kravene 1-5, karakterisert ved at den begrensede frihet av den vertikale rii.o (12; og rotorhuset (11}b egrenses av stoppere (17) som når de er i anlegg, overforer nevnte krengningskorrigerende dreiemoment til rotorhuset (11).

7. Gyrokompass som angitt i noen av kravene 1-6, karakterisert ved at bevegelsesfrihetén om en normalt horisontal akse mellom fblgeringen (14) og den vertikale ring (12) er begrenset til en stor vinkel og at kompasset også har asimut-innsti11ingsmidler omfattende anordninger (23) for å tilsidesette den normale virkning av folgemotoren (20) og for å tilfore et kraftig driftssignal til denne, slik at rotorhuset (11) og den vertikale ring (12) krenges til grensen for nevnte store vinkel for bevegelsesfrihet og derpå dreier seg med fblgeringen (14) om en vertikal akse mot den onskede asimut-innstilling.

8. Gyrokompass som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte andre tilsidesetningsanordninger (23) består av en dreiningsbryter manuelt betjenbar for å tilfore nevnte kraftige operasjonssignal til folgemotoren (20).

9. Fremgangsmåte for å bringe rotoraksens retning for et gyrokompass til å innstille seg, i hvilket gyrokompass rotorhuset bare har begrenset rotasjonsfrihet om den normalt vertikale akse i forhold til vertikalen og en folgemotor er virksom for å dreie fblgeringen om den vertikale akse, karakterisert ved de trekk at rotoraksens krengning regi-streres, normal drift av folgemotoren (20) tilsidesettes, og denne motor (20) bringes til å drive den vertikale ring (12) i forhold til rotorhuset (11) og bort fra nevnte på forhånd bestemte forhold til en av dens grensestillinger for bevegelsesfrihet, slik at et krengningskorrigerende dreiemoment om den vertikale akse tilfores rotorhuset (11) i retning for å bevirke krengningspresesjon for å justere den registrerte krengning av rotoraksen.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved de ytterligere trinn at en regneanordning (26) manuelt innstilles for bredden for kompassets posisjon, beregne tilsvarende krengningsvinkel for denne bredde og tilfore et forspenningssignal som representerer den beregnede krengningsvinkel og et signal som representerer den registrerte krengning for styring av motoren (20).

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 9 eller 10, karakterisert ved at for innstilling av rotoraksen blir t denne innstilt i asimut ved å tilfore et kraftig operasjonssig-j nal til motoren (20), slik at rotorhuset (11) og den vertikale ring (12) krenges til en frihetsbegrensning i forhold til fblgeringen (14) og derpå dreier seg med fblgeringen (14) i asimut om en vertikal akse. j

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterij-sert ved at operatoren forst starter rotorens rotasjon, <!> derpå betjener dreiningsbryteren (23) som bevirker asimut-dreining inntil kompassvisningen er tilnærmet korrekt, og derpå setter i gang den innstillede presesjon.