NO135111B - - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et gyrokompass med

et gyrohus, i hvilket en motor er lagret med sin rotasjonsakse i hovedsaken horisontalt, en beholder som omgir gyrohuset og inneholder en understøttelse og en dempevæske, en opphengnings-

anordning for fjærelementer for opphengning av gyrohuset i beholderen og en kardanopphengning for beholderen i kompasshuset, en vinkelavfølende innretning som bestemmer rotasjonsaksens elevasjon og azimutbevegelser i forhold til beholderen, og som er anordnet mellom gyrohuset og beholderen, samt servoanordninger som styres i overensstemmelse med utgangssignalene fra den vinkelavfølende innretning for oppfølging av beholderen om den horisontale og vertikale akse, og en dempeinnretning for frembringelse av et dempemoment om den vertikale akse avhengig av elevasjonen, hvor understøttelsen består av en tråd anordnet mellom oversiden av beholderen og gyrohuset, således at gyrohuset er opphengt som en pendel 1 beholderen.

Et gyrokompass er et instrument som utnyttes på rullende eller langstrakte fartøyer og gir en indikering av deres kurs, hvorfor det må ha en tilfredsstillende statisk og dynamisk nøyaktighet. Den statiske nøyaktighet beror i alminnelighet på hvorledes et gyrohus med en gyro understøttes med liten friksjon, med andre ord bestemmes den statiske nøyaktighet av forholdet mellom gyroets vinkelmoment og et feilmoment, f.eks. friksjon eller lignende som utøves på gyrohuset. Ved et kjent gyrokompass understøttes gyrohuset av en kardanringkonstruksjon, således at den statiske nøyaktig-het bestemmes av to vertikale og to horisontale aksellagere. I dette gyrokompass utnyttes derfor en måte til å redusere lasten på hvert lager til i hovedsaken null ved at gyrohuset senkes ned i en olje, idet den resulterende løftekraft skal være lik tyngdekraften på gyrohuset, en måte til å eliminere belastningen, særlig på de vertikale aksellagere, gjennom opphengning av gyrohuset i en piano-tråd eller lignende eller en lignende måte i kombinasjon med et servosystem for oppnåelse av den ønskede nøyaktighet. Ved et annet gyrokompass er et sfærisk hode med to gyroskoper anordnet

i en elektrolytt mens de to gyroskoper er opphengt i sfæren ved hjelp av to vertikale aksellagere og forbundet med hinannen over en leddmekanisme eller lignende, hvorfor fire til seks kulelagere anvendes; av hensyn til nøyaktigheten kan kulelagrenes friksjonsdreiemoment ikke settes helt ut av betraktning. Da den statiske nøyaktighet ved konvensjonelle gyrokompass ikke kan gjøres uavhengig av friksjonsdreiemomentet i kulelagrene, begrenses naturligvis

gyroets vinkelmoment, hvorigjennom gyroer med mindre vinkelmoment ikke kan benyttes. Følgelig er det umulig å få gyrokompassene nøyaktigere og mindre kostbare enn de hittil kjente kompass. Når to gyroer anvendes, oppstår der en statisk feil på grunn av forskjellen mellom de to gyroers rotasjonsturtall (som oppstår som følge av forskjellen i de roterende aksellageres friksjonsdreiemoment). Ved et tredje kjent gyrokompass utnyttes et gyrohusunderstøttende system, ved hvilket et gyrohus trekkes i fire retninger ved hjelp av en ramme og fire pianotråder. Aggregatet er senket ned i en

olje for at løftekraften på gyrohuset skal bli i hovedsaken lik dets tyngdekraft. Det særegne ved dette system er elimineringen av lagrene for understøttelse av gyrohuset og i nordsøkende systemer av den type, ved hvilke skråstillingen av gyrorotasjonsaksen i forhold til et horisontalplan avføles vad hjelp av et akselerometer og et dreiemoment som reguleres ved hjelp av et signal fra akselerometeret, påtrykkes på gyroskopet. Dette system har imidlertid den ulempe at en servofeil har en direkte feilvirkning på nøyaktigheten av den nordsøkende funksjon, da akselerometeret ligger på utgangs-siden av et servosystem som følger gyroskopet om horisontalakselen. Den dynamiske nøyaktighet beror i hovedsaken på en måte til å hindre en rullefeil og den utstrekning, i hvilken feilen kan hindres.

Ved det førstnevnte gyrokompass anvendes en måte til å hindre rullefeilen i hovedsaken med en væskeballistikk som må finnes i dette gyrokompass. Ved det annet, ovenfornevnte gyrokompass anvendes to kostbare gyroskoper til å hindre rullefeilen, og ved det tredje anvendes et kostbart akselerometer; rullefeilen hindres ved valg av dets tidskonstant til å være meget større enn fartøyets rulleperiode, hvorfor dette gyrokompass blir kostbart, og gyro-

kompasset må være temmelig pålitelig.

Hovedformålet med oppfinnelsen er å skaffe et nytt gyrokompass som er helt fritt for de ovenfor nevnte ulemper ved de konvensjonelle gyrokompass. Et annet formål er å skaffe et gyrokompass, ved hvilket et gyrohus med et gyroskop understøttes uten kulelagere,og der således oppstår et meget mindre dreiemoment enn ved de konvensjonelle konstruksjoner. Et ytterligere formål er å skaffe et gyrokompass uten akselerometer som er kostbart og uten en servofeil med direkte virkning på et gyroskop. Ennå et formål er å skaffe et gyrokompass uten væskeballistikk for å hindre rullefeil, samt å skaffe et gyrokompass med bare ett eneste gyroskop, enkel konstruksjon, stor nøyaktighet, lav pris og mangesidig anvendbarhet i forskjellige typer av fartøyer.

Disse formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved at det inn-ledningsvis angitte gyrokompass gis de trekk som er angitt i patent-kravet.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, hvis fig. 1-3 viser i perspektiv tre utførelseseksempler med visse deler utelatt, fig. 4-6 viser skje-maer for anskueliggjørelse av en forskyvnings- eller deviasjonsavfø-]ende anordning og et oppfølgingssystem, fig. 7, 8 og 10 viser skjematisk en beholder, og fig. 9 viser en forklarende kurve; fig.

11 viser et forklarende fasediagram, fig. 12 -15 viser skjematisk modifikasjoner av et dempesystem ifølge oppfinnelsen, fig. 16

viser skjematisk et eksempel på en gyrounderstøttelsesanordning,

fig. 17A og 17B viser i stor målestokk sett ovenfra hhv. forfra et eksempel på et opphengningsorgan, fig. 18 viser en fjær ifølge fig. 17B, og fig. 19 og 20 viser i oppriss andre utførelser med delvis utelatte deler.

Ifølge fig. 1 er der i et væsketett gyrohus 1 anordnet en gyrorotor som roterer med høyt turtall. En beholder 2 inneholder

gyrohuset 1 og en opphengningstråd 3 bærer gyrohuset 1 med den øvre ende av tråden festet til beholderen 2 og den nedre ende festet til gyrohuset 1. En berøringsfri forskyvningsavfølende anordning 6 har primær- og sekundærsider 4N, 4S hhv. 5N, 5S..Primærsidene 4N og 4S ligger eksempelvis på overflaten av gyrohuset 1 ved skjæringene

mellom overflaten av huset 1 og forlengelsen av gyroskopets rotasjonsakse, dvs. på nord- og sydsiden av gyroskopet, mens sekundærsidene 5N og 5S ligger på beholderen 2 i retning av primærsidene 4N og 4S. En væske 7, f.eks. en dempeolje med høy viskositet, såsom en kiselolje, er tilstede i beholderen 2. Et par horisontale aksler 8 og 8' er med sine indre ender festet til beholderen 2 på ekvator

på stedene vinkelrett til gyroskopets rotasjonsaksel, og med de ytre ender roterbare i lågere 13 og 13' som ligger på en horisontal ring 12 i retning av de horisontale aksler 8 og 8'. En servomotor 10 for horisontal oppfølging er festet til den horisontale ring 12. Et

horisontalt tannhjul 9 er montert på den ene av de horisontale aksler, f.eks. akselen 8, og står i inngrep med et horisontalt tannhjul 11 på servomotorens 10 rotasjonsaksel. Kardanaksler 14 og 14' er festet til den horisontale ring 12 i stillinger vinkelrett til de horisontale aksellagere 13 og 13'. Disse kardanaksler 14 og 14' er roterbart anordnet i kardanringlagere 15 og 15' på en følgering 16 i retning av akslene 14 hhv. 14'. Oppfølgingsakslene 17 og 17' er med sin ene ende festet til bunndelen og overdelen av ringen 16 og deres frie ende er roterbart anordnet i oppfølgingsaksellagere 25 og 25' på et kompasshus 24 i tilsvarende stillinger. Et azimuttannhjul 21 er montert på den ene av oppfølgingsakslene, f.eks. akselen 17. En azimuttoppfølgingsservomotor 19 er festet til kompasshuset

24 og et azimuttannhjul 20 er festet på motorens rotasjonsaksel og

står i inngrep med azimuttannhjulet 21. En kompassrose 22 er festet på oppfølgingsakselen 17' og en referanselinjeskive 23 er anbragt på overdelen av kompasshuset 24 i samvirke med kompassrosen 22. Kursen for.det med gyrokompasset forsynte fartøy kan avleses ved hjelp av kombinasjonen av en referanselinje 26 på skiven 23 og kompassrosen 22.

Fig. 2 og 3 viser andre eksempler, hvor de

samme henvisningsbetegnelser som på fig. 1 angir de samme komponen-ter.

Ifølge eksemplet på fig. 2 er stillingen av festestedene

for kardanringakslene 14 og 14' og de horisontale aksler 8 og 8<1> på

den horisontale ring 12 ved eksemplet ifølge fig. 1 kastet om. Ved fig. 1 er de horisontale aksler 8 og 8<1> rettet fra beholderen 2

og er koblet til den horisontale ring 12, mens kardanringakslene 14

og 14' er rettet fra beholderen 2 parallelt med rotasjonsakselen og er koblet til den horisontale ring 12 og de horisontale aksler 8 og 8' er koblet til oppfølgingsringen 16 på steder som befinner seg i en vinkelavstand på 90° fra kardanringakslene 14 og 14' ved eksemp-

let på fig. 2. Samtidig er servomotoren 10 for horisontal oppføl-

ging festet til oppfølgingsringen 16 og dens rotasjon overføres først til den horisontale ring 20 over det horisontale tannhjul 9

og derpå over kardanringakslene 14 og 14' for dreining av beholderen 2 og dermed horisontal oppfølging.

Ved eksemplet ifølge fig. 3 er de horisontale aksler 8 og

8' festet til beholderen 2 og roterbart koblet direkte med oppføl-gingsringen 16 over de horisontale aksellagere 13 og 13'. Oppføl-gingsringen 16 er over oppfølgingsaksellagrene 25 og 25' koblet til en lengdeskråstillings-kardanring 36 som er dreibart anordnet på utsiden av oppfølgingsringen 16 over oppfølgingsakslene 17 og 17'. Lengdeskråstillings-kardanringen 36 har lengdeskråstillingsaksler 34

og 34' i stillinger i en vinkelavstand på 90° fra oppfølgingsakslene 17 og 17' over lengdeskråstillingsakslene 34 og 35' i en rullekardan-ring 34 i tilsvarende stillinger, idet rullekardanringen 33 befinner seg på utsiden av lengdeskråstillingskardanringen 36. Rullekardanringen 33 har rulleaksler 37 og 37' i stillinger i en vinkelavstand på 90° fra lengdeskråstillingsakslene 34 og 34', hvilke aksler 37 og 37' er roterbart koblet til rulleaksellagere 38 og 38' i kompass-

huset 24. De øvrige konstruksjonsdeler stemmer overens med dem ifølge fig. 1 og 2.

Under hénvisning til fig. 4 og 5 skal der beskrives nær-

mere et konkret eksempel på den forutnevnte, berøringsfri forskyv-ningsavfølingsanordning 6. Fig. 4 viser paret av N-sider (nord-sider) . Av figuren fremgår det at primærsiden 4N er en spole og at dens vikling ligger i et plan vinkelrett til gyroskopets rotasjonsakse. Denne spole påtrykkes vanligvis vekselstrøm fra en vekselstrøm-kilde PS som også leverer strøm for drift av gyroskopet og som frembringer et magnetisk vekselfelt som angitt ved de strektegnede piler al og a'l" Sekundærsiden 5N består av fire rektangulære spoler 5NW, 5NE, 5NU og 5NL,av hvilke det ene par 5NW og 5NE ligger ved siden av hinannen

og det annet par 5NL og 5NU ligger over hinannen. Spolene i hvert par er koblet i serie. Det skal antas at primærsidespolen 4N, dvs. gyrohuset 1, ligger i sentrum av sekundærsidespolen 5N, dvs. beholderen 2, i hvilket tilfelle en magnetfluks som frembringes av primærspolen 4N, forløper gjennom sekundærspolene 5NW, 5NE , 5NU og 5NL for indusering av en tilsvarende spenning i hver av disse. Magnetfluksen i hver sekundærspole er imidlertid i hovedsaken lik den i de andre spoler og spoleparene er, som angitt ovenfor, koblet på en differential måte, således at der ikke opptrer noen spenning over deres utgangsklemmer 2-1 og 2-2. Hvis nå primærspolen 4N forskyves i retning øst (E på figuren), i hvilket tilfelle magnetfluksen gjennom spolen 5NE øker, mens magnetfluksen gjennom spolen 5NW avtar, vil. der oppstå en spenning over utgangsklemmene 2-1, men ikke over klemmene 2-2. Hvis primærspolen 4N forskyves i retning vest (W på figuren), øker den i spolen 5NW induserte spenning, mens den i spolen 5NE induserte spenning avtar, således at der over utgangsklemmene 2-1 opptrer en spenning i motfase til den som oppstår når primærspolen 4N forskyves mot øst. Da spolene 5NU og 5NL er anordnet i en vertikal retning, frembringes der i dette tilfelle ikke noen spenning over utgangsklemmene 2-2, som i det ovennevnte tilfelle. I overensstemmelse med en vertikal forskyvning av primærspolen 4N vil der imidlertid induseres den samme spenning i spolene 5NW og 5NE som er anordnet ved siden av hinannen, mens spenningen i vertikalretningen blir ujevn, således at der oppstår en utgangsspen-ning på klemmene 2-2. Ved konstruksjonen ifølge fig. 4 er det mulig å avføle forskyvningen av gyroskopet 1 i øst-vestlig retning og i vertikal retning i forhold til beholderen 2 på nordenden.

Fig. 5 viser en anordning for avføling av forskyvningen av gyrohuset bare i øst-vestlig retning, idet gyrohuset 1 er betraktet ovenfra. Den berøringsfri forskyvningsavfølingsanordning på sydsiden består av primærsidespolen 4S og sekundærsidespolene 5SE og 5SW. Når gyrohuset 1 forskyves østover, øker magnetfluksen gjennom spolen 5SE, mens den gjennom spolen 5SW avtar for indusering av en spenning mellom klemmene 3-1; fasen av spenningen er den samme som mellom klemmene 2-1 for spolene 5NW og 5NE. Da spolene 5SE, 5SW og 5NE, 5NW er koblet sammen på differential måte, se fig. 5, frembringes der ingen spenning over klemmene 3-2 tilsvarende forskyvning av gyrohuset i Øst-vestlig retning, men når gyrohuset 1 dreier seg om en vertikal akse 0 (vinkelrett på tegningens plan), frembringes der over klemmene 3-2 en utspenning 180° som er faseforskjøvet i overensstemmelse med gyrohusets 1 dreiningsretning. Denne spenning påtrykkes en regulering i azimutservomotoren 19 over en servoforsterker 30 (som kan utelates). Servomotorens 19 rotasjon overføres til beholderen 2 over azimuttannhjulet 20, azimuttdrevet 21, oppføl-gingsringen 16 og den horisontale ring 12 for regulering av beholderen 2 på en slik måte at vinkeldeviasjonen mellom beholderen 2 og gyrohuset 1 om den vertikale akse 0, reduseres til 0. Uavhengig av gyrohusets 1 azimut blir tråden 3 ved hjelp av servosystemet hind-ret i å vri seg. Eventuelle ytre forstyrrende dreiemomenter over-føres fra tråden 3 til gyroskopet om den vertikale aksel. Ifølge fig. 5 finnes der videre en feilkorrigerings-signalgenerator 3-3

som frembringer en spenning tilsvarende fartøyets hastighet eller sling-ring for oppnåelse av den tilsvarende vinkelforskyvning i opp-følgingssystemet, idet tråden 3 vris for å utøve et dreiemoment på gyroskopet om dettes vertikale akse og dermed korrigering av en feil. Fig. 6 viser et horisontalt oppfølgingssystem, ved hvilket spolene 5NU, 5NL og 5SU, 5SL på sekundærsidene 5N og 5S er koblet sammen på differential måte, som i det foregående tilfelle, således at der ikke fåes noen utspenning på klemmene 4-1 for spolene 5NU og 5NL i overensstemmelse med en vertikal bevegelse av gyrohuset 1 i forhold til beholderen 2, mens der fåes en spenning over disse klemmer i overensstemmelse med en vinkelbevegelse av gyrohuset 1 over en horisontal aksef den frembragte spenning mates direkte eller over en servoforsterker 31 til en reguleringsledning i den horisontale opp-følgings-servomotor 10. Rotasjon av den horisontale oppfølings-servomotor 10 overføres over det horisontale tannhjul 11 og det horisontale drev 9 til beholderen 2 for dreining av denne for å redusere vinkeldeviasjonen mellom beholderen 2 og gyrohuset 1 til null. Fig. 7 viser skjematisk innsiden av beholderen 2 i det tilfelle at den nordsøkende^'ende A (beliggende på gyrohuset 1) i forlengelsen av gyroskopets rotasjonsakse er skråttstilt opp til en vinkel 9 til et horisontalplan H-H<1>. På figuren er o-j^ gyrohusets 1 tyngdekraftsentrum, Q koblingspunktet mellom opphengningstråden 3 og beholderen 2 og o2 beholderens 2 sentrum. Antas det at gyrorotorens rotasjonsakse er horisontal (9=0) , vil o-j^ og o2 falle sammen. Den nordsøkende ende A er diametralt motsatt et punkt B på gyrohuset 1

og punktene A' og B' på beholderen 2 tilsvarer punktene A og B. Da opphengningstråden 3 i praksis er bøyelig, følger den en avbøynings-kurve ifølge den strektegnede linje, fig. 7. Størrelsen av den

aksiale bevegelse ^ ((^^O-^) av gyrohuset 1 i forhold til holderen 2 avtar meget lite, og i praksis er denne virkning så liten at det i den etterfølgende beskrivelse er antatt at opphengningstråden 3 er helt bøyelig. Som nevnt tidligere, er punktene A' og B<1> på beholderen 2 og punktene A og B på gyrohuset 1 rettet inn etter hverandre ved hjelp av servosysternet, således at beholderen 2 er skråttstilt en vinkel 9 til horisontalplanet H-H' likesom gyrohuset 1. Antas

det at der ikke opptrer noen ytre akselerasjon, i hvilket tilfelle der ikke virker noen ytre kraft i retning av gyrohusets 1 dreieakse, vil opphengningstråden 3 rette seg inn til den vertikale linje.

Hvis strekkraften i opphengningstråden 3 er T og restvekten av gyrohuset 1 med fradrag av dets løftekraft på grunn av dempevæsken 7 er mg, gir strekkraften T i opphengningstråden 3 følgende moment M om punktet :

hvilket moment utøves som et dreiemoment på gyroskopet om dettes horisontale akse (går gjennom punktet 0^ og er vinkelrett til tegningens plan). I ligningen representerer r avstanden mellom gyrohusets 1 tyngdekraftsentrum 0-^ og koblingspunktet Q mellom opphengningstråden 3 og gyrohuset 1. Ifølge denne metodikk kan nemlig også dreiemomenter som er proporsjonale med skråstillingen av rotasjonsaksen i forhold til horisontalplanet, utøves på gyroskopet om dets horisontale akse på nøyaktig samme måte som ved konvensjonelle gyrokompass, således at der fåes et gyrokompass ved valg av avstanden r, restmassen mg og gyroskopets vinkelmoment og valg av perioden for

dets nordsøkende bevegelse i området fra flere titalls minutter til

et hundre og flere titalls minutter. I praksis er dette ekvivalent med at avstanden r er blitt litt lenger enn den praktiske avstand mellom 0-^ og Q på bekostning av opphengningstrådens 3 stivhet mot bøyning.

Ovenfor er gyrokompassets nordsøkende funksjon beskrevet nærmere, men samtidig skal det i det foregående beskrevne gyrokompass ikke gi noen rullefeil i overensstemmelse med periodisk, horisontal akselerasjon, f.eks. fartøyets rulling, skråstilling i lengde-retningen eller lignende, dvs. gyrokompasset skal ha en såkalt tilfredsstillende høybryteegenskap (lavpassegenskap).

Fig. 8 viser det tilfelle, ved hvilket en horisontal akselerasjon aH har virket på gyroskopet i dets stabile tilstand, idet beholdernes.2 innside er vist fra vestsiden. Det antas at rotasjons-akselinjene A og B for gyroskopet i gyrohuset 1 er i hovedsaken rettet inn i horisontalplanet H-H' og meridianen. Den horisontale akselerasjon er aH ved rulling og/eller lengdeskråstilling av far-tøyet eller lignende. Det antas at dens størrelse endrer seg sinusformet med tiden. Nord-syd- og øst-vest-komponentene av den horisontale akselerasjon aH er ifølge fig. 9 aN hhv. aE. Hvis den horisontale akselerasjon aH varierer med meget lange perioder i tilfel-let ifølge fig. 8, følger gyrohuset 1 nøyaktig nord-syd-akselerasjonen aN og en vinkel 6 mellom opphengningstråden 3 og den vertikale linje V-V utfører en sinusformet bevegelse i beholderen 2 på

en sådan måte at den alltid faller sammen med en vinkel^<*> mellom nord-syd-akselerasjonskomponenten aN og tyngdekraftens akselerasjon g. I dette tilfelle utøver strekkraften T på opphengningstråden 3 et dreiemoment M(M = T-r-sin^= T'r'sin¥ = mgr • aN/g = m-r-aN) på gyroskopet om dets horisontale akse (forløper gjennom punktet 0-^ og vinkelrett til tegningens plan). Dette gir ikke opphav til noen feil av gyroskopet, da akselerasjonen aN bare endres periodisk med hensyn på tiden.

Fig. 10 viser gyroskopet sett fra sydsiden og utsatt for den horisontale akselerasjon aH. Beholderen 2 har form av en fysi-kalsk pendel som er tyngre ved sin nedre del om kardanringakslene 14 og 14' ifølge fig. 1. Videre er perioden for dette pendelsystem vanligvis 1-2 s og meget kortere enn fartøyets rulleperiode, således at både opphengningstråden 3 og beholderen 2 svinger periodisk i den resulterende retning av øst-vest-akselerasjonen aE og tyngdekraftens akselerasjon g, hvorved horisontalaksen W'E' skråstilles hele tiden som et resultat av dette. Når den horisontale akselerasjon aH er i nord-øst-kvadranten ifølge fig. 9, virker altså dreiemomentet på fig. 11 på gyroskopet, og når akselerasjonen aH er i vest-syd-kvad-ranten, virker dreiemomentet M2 på gyroskopet. Dreiemomentet My forblir om den vertikale akse én periode for å bevirke en feil i gyroskopet (rullfeil).

Perioden for den virkelige svingningsakselerasjon ved på det nærmeste alle fartøy er flere til tyve sek og gyrohuset 1 og opphengningstråden 3 danner en enkel pendel med hensyn på nord-syd-retningen, således at gyrohuset 1 ikke kan reagere for kortere horisontale akselerasjonsperioder enn i det minste den frie periode for dette pendelsystem, og det er av større betydning at bevegelsen av gyrohuset 1 i nord-syd-retningen i forhold til beholderen 2 begrenses betydelig ved hjelp av den viskose motstand i dempeoljen 7. Det skal antas at sentret for den viskose kraft på gyrohuset 1 faller sammen med tyngdekraftsenteret 0-^ Gyrohuset 1 og beholderen 2 beveger seg i hovedsaken som en enhetlig konstruksjon (dvs. 02 og 0-^ faller sammen) i overensstemmelse med den periodiske horisontale akselerasjon aN som følge av normal mulig rulling av fartøyet og vinkelen é på fig. 8 er i hovedsaken null, således at strekkraften T i opphengningstråden 3 ikke gir noe moment om den horisontale akse 0^, hvorfor der ikke frembringes noen rullefeil. Viskositeten av dempeoljen 7 kan velges på sådan måte at den ikke har noen som helst virkning på en akselerasjon med lange perioder, f.eks. den nordsøkende periode (såsom omtrent 84 min) av gyrokompasset osv. og medfører ikke noen vanskelighet i forbindelse med den nordsøkende funksjon.

En dempeanordning for gyrokompasset ifølge oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende. Det grunnleggende prinsipp for dempeanordningen er at dreiemomenter som er proporsjonale med skråstillingen av gyroskopets rotasjonsakse fra horisontalplanet, utøves på gyroskopet om dets vertikale akse, hvilket prinsipp utnyttes i mange konvensjonelle gyrokompass. Dempeanordningen ifølge oppfinnelsen utnytter dette prinsipp. Når gyrokompassets rotasjonsakse ifølge fig. 1 - 7 er skråttstilt en vinkel 0 til det horisontale plan H-H<1>, skråstilles også beholderen 2 av det horisontale oppfølgingssystem den samme vinkel 9 som gyroskopet i gyrohuset 1 og dette hus beveger seg 0-,-0-l = i retningen B' inntil opphengningstråden 3 faller sammen med den vertikale linje og gyrohuset 1 står stille. Skråstillingsvinkelen 0 for gyroskopet og bevegelsen av gyrohuset i retning av rotasjonsaksen i forhold til beholderen 2 er med andre ord innbyrdes helt proporsjonale. Følgelig kan en

ønsket dempning bevirkes ved elektrisk avføling av bevegelsen 5 og forspenning av det vertikale oppfølgingssystem i overensstemmelse med størrelsen av den avfølte bevegelse og dreiningen av opphengningstråden 3.

Fig. 12 viser en konkret utførelse av oppfinnelsen, ved hvilken det ovenfor beskrevne prinsipp er anvendt ved utførelsen ifølge fig. 5. Ved foreliggende utførelse er der anordnet ytterligere to spoler 14-2 og 14-3 på nord- og sydsidene av sekundærsidespolene 5N og 5S i den berøringsfri forskyvningsavfølende anordning 6 på sådan måte at planene for spoleformene 14-2 og 14-3 ligger

parallelt med de to par spoler 5NE, 5NW, 5SE, 5SW. Spolene 14-2 og 1.4-3 er koblet sammen på differential måte og deres utgangsender 14-1 er additivt koblet til signalforbindelsene 3-2 i det vertikale oppfølgingssystem og derpå til reguleringsviklingen i azimuttservo-motoren 19 over servoforsterkeren 30. I dette tilfelle frembringes

det vertikale oppfølgingssystem en servofeil i overensstemmelse med en signalspenning over klemmene 14-1, som er proporsjonal med ^ ved en vinkelforskyvning i azimutt mellom beholderen 2 og gyrohuset 1 i overensstemmelse med signalene over klemmene 14-1. Opphengningstråden 3 vil således bli vridd i forhold til £ , og da dette vrid-ningsdreiemoment er proporsjonalt med £ , er det også proporsjonalt med skråstillingsvinkelen 6 for gyroskopets rotasjonsakse og dermed er det mulig å anvende denne dempefunksjon i gyroskopet. Fig. 13 viser en annen utførelse av dempeanordningen iføl-ge oppfinnelsen, ved hvilken et ytterligere par primærspoler 4E og 4W er anordnet på øst- og vestsidene av gyrohuset 1 foruten primærspolene 4N og 4S i avfølingsanordningen 6, og dessuten er sekundær-spoler 5EN, 5ES og 5WN, 5WS anordnet på beholderen 2 i stillinger tilsvarende primærspolene 4E og 4W og spolene 5EN og 5ES på østsiden og 5WN og 5WS på vestsiden er koblet sammen på differential måte. Dersom gyrohuset 1 dreier seg om den vertikale aksel i forhold til beholderen 2, frembringes der et spenningssignal over utgangsklemmene 15-1 for de ovennevnte spoler. Dette spenningssignal påtrykkes reguleringsviklingen i den vertikale oppfølgingsservomotor 19 over servoforsterkeren 30 for forspenning av det vertikale oppfølgings-system. Mens der på grunn av bevegelsen av gyrohuset 1 i nord-sydlig retning i forhold til beholderen 2 frembringes spenninger over forskjellige klemmer for østsidespolene 5EN og 5ES hhv. vestsidespolene 5WN og 5WS, fåes der når spenningene på spolene 5WS og 5WN utnyttes, en spenning tilsvarende £ på fig. 7 (dvs. tilsvarende skråstillingsvinkelen 0 for gyroskopet) over klemmene 15-3 for en spenningsdeler 15-2. Ved at denne spenning fra spenningsdeleren 15-2 påtrykkes utgangsklemmene 15-1 for regulering av servomotoren 19 over servoforsterkeren 30, dreies opphengningstråden 3 tilsvarende \ for oppnåelse av en dempning. Det er naturligvis mulig at et spenningssignal frembringes ved addisjon av de frembragte spenninger i spolene 5WN og 5WS og de i spolene 5EN og 5HS ved hjelp av en operasjonsforsterker, en transformator eller lignende og addisjon med inngangssignalet til servoforsterkeren etter innstilling ved hjelp av en spenningsdeler eller lignende, etter behov, som beskrevet senere i forbindelse med fig. 15. Denne metodikk gir en betydelig større nøyaktighet. Fig. 14 viser en annen utførelse av dempeanordningen ifølge oppfinnelsen, ved hvilken antallet vindinger f.eks. i østsidespolene 5NE og 5SE i anordningen 6 for azimutt (eller vertikal) oppfølging ved utførelsen ifølge fig. 3 er mindre enn i vestsidespolene 5NW og 5SW. Selv om antallet vindinger i øst-vestsidespolene er innbyrdes forskjellig, som nevnt, er spolene på begge sider koblet sammen på differential måte og samtidig er disse spoler koblet, sammen differentialt. Dette er nøyaktig ekvivalent til at spolene 5SE og 5NE og 5SW og 5NW er differentialt koblet sammen og øst- og vestsidespolene er differentialt koblet sammen. Hvis gapene mellom primær- og sekundærspolene i nord-syd-forskyvnings-avfølingsanordningen er like på både nord- og sydsiden, er oppføl-gingsstillingen i dette tilfelle nøyaktig det samme som når antallet vindinger i spolene er innbyrdes likt. Der vil altså ikke frembringes noen spenning over utgangsklemmene 16-1 så lenge dreieaksen for gyrohuset 1 og en linje som forbinder sekundærspolenes sentrum, er innbyrdes parallelle. Når gapene mellom primær- og sekundærspolene er forskjellige på nord- og sydsiden, dvs. når sydsiden er senket og gyrohuset 1 beveger seg £ i sydretningen i forhold til beholderen 2, er gapet mellom spolene på sydsiden mindre enn gapet på nordsiden, hvorved der frembringes en spenning i spolene på sydsiden sammenlignet med på nordsiden. Da antall vindinger i spolene på vestsiden er større enn i spolene på østsiden, blir det differen-tiale utgangssignal fra vestsidespolene 5NW og 5SW større enn det fra østsidespolene, og en retning, i hvilken den elektromagnetiske kobling mellom spolen 5SW med det største utgangssignal og primærspolen 4S svekkes, dvs. en stilling, i hvilken beholderen 2 devie-res oppad (mot høyre) i en bestemt vinkel i forhold til gyrohuset 1, blir det nye oppfølgingspunkt. Etter denne metodikk oppnås også den i de to foregående eksempler beskrevne dempning, i hvilke servoforsterkerne 30 og 31 utnyttes, men hår utsignalet fra anordningen 6

er tilstrekkelig stort og overføringsforholdet er stort og motoren liten, kreves ikke alltid servoforsterkerne 30 og 31 og anordningen 6 kan i visse tilfelle regulere motoren direkte.

Fig. 15 viser en annen utførelse av dempeanordningen ifølge oppfinnelsen. Her er lyselementer 4N1, 4S1, 4E1 og 4W1, f.eks. lysdioder eller lignende, anordnet på gyrohuset 1 på dettes øst-, vest-, nord- og sydpunkter i stedet for spolene 4N, 4S, 4E og 4W, og lysmottagende elementer 5NL1, 5NU1, 5SL1 og 5SU1 er anordnet på beholderen 2 i stillinger tilsvarende lyselementene i en vertikal retning og de andre lysmottagende elementer 5EN1, 5ES1 og 5WN1, 5WS1 anordnet i horisontal retning. De lysmottagende elementer 5SL1,

5SU1 og 5NL1, 5NU1 er differentialt koblet sammen og deres differen-tiåle utgangssignaler 17-5 og 17-6 subtraheres ved hjelp av en operasjonsforsterker 17-9, hvis utgangssignal mates over servoforsterke-

ren 31 til reguleringsviklingen i den horisontale oppfølgings-servomotor 10 for horisontal oppfølging. Videre vil dif f erentia.l-utgangssignalene 17-7 og 17-8 fra elementene 5SE1, 5EN1 og 5WS1,

5WN1 tilsvare bevegelsen av øst- og vestendene på gyrohuset i nocl-sydlig retning, således at utgangssignalene fra en komparator 17-1 blir et hovedsakelig, vertikalt oppfølgingssignal når utgangssignalene påtrykkes denne komparator. Hvis differential-utgangssignalene 17-7 mates til en addisjonsanordning 17-3 sammen med differential-utgangssignalene 17-8 etter polaritetsreversering av det første, vil utgangssignalene fra addisjonskretsen 17-3 tilsvare bevegelsen £ av gyrohuset 1 i nord-synlig retning i forhold til beholderen 2. Utgangssignalene fra addisjonskretsen 17-3 adderes i en spenningsdeler 17-4 til utgangssignalene fra komparatoren 17-1, og det adder-te utgangssignal mates over servoforsterkeren 30 til reguleringsviklingen i azimutservomotoren 19 ved hjelp av hvilken opphengningstråden 3 vris i overensstemmelse med skråstillingen av gyroskopet i forhold til horisontalplanet for utøvelse av et dreiemoment på gyroskopet om dets vertikale akse og dermed effektiv dempning av gyroskopets nordsøkende funksjon. Ved dette eksempel fåes additiv og subtraktiv funksjon ved anvendelse av operasjonsforster-keren, men det er åpenbart at en sådan funksjon kan oppnåes ved hjelp av en operasjonsforsterker eller en transformator når signalene er alternerende som ved eksemplet ifølge fig. 13.

Selvom de foregående eksempler er blitt beskrevet for de tilfelle at elektromagnetisk kobling mellom spolene og lyselementene og de lysmottagende elementer utnyttes som den berøringsfri forskyvnings-avfølende anordning, er dempeanordningen ifølge oppfinnelsen ikke begrenset til dette. Således kan avfølingsanordningen f.eks. utnytte et Hallelement, en endring av kapasitansen av en kondensator eller lignende. I virkeligheten kan hvilke som helst anordninger utnyttes så lenge de kan påvirke oppfølgingspunktet for azimutt-oppfølgings-servosystemet i overensstemmelse med gyrohusets 1 bevegelse i nord-syd-retningen i forhold til beholderen 2 for vridning av opphengningstråden og dermed dempning av gyroskopets nordsøkende funksjon.

Som det fremgår i det foregående kan dempningen ifølge oppfinnelsen oppnås på en meget enkel og billig måte, og da dempningen skjer elektrisk, er det mulig å innstille dempningen og enkelt å avbryte dempningen, hvilket utnyttes i krigsfartøy ved giring og lignende, og noen kostbar anordning, f.eks. et akselerometer eller lignende, kreves ikke for avføling av gyroskopets inklinasjon.

I det følgende skal der beskrives en ytterligere forbedret konstruksjon av opphengningstråden ifølge fig. 1-3. Når gyrorotorens rotasjonsakse stilles på skrå, frembringes der et tilbakestil-lende dreiemoment på grunn av tyngdekraften, hvilket dreiemoment er proporsjonalt med den effektive masse som tilsvarer forskjellen mellom gyrohusets 1 totale masse og den totale løftekraft på gyrohuset 1 ved hjelp av dempeoljen 7, lengden r av armen, dvs. avstanden mellom tyngdekraften 0-^ og forbindelsespunktet Q for opphengningstråden

3 på gyrohuset 1, fig. 7, og den tidligere nevnte skråstiliingsvin-kel og tilbakeførings-dreiemomentet virker på gyroskopet. Den av

gyroskopets akser, på hvilken dette tilbakestillings-dreiemoment utøves, er den rette vinkel mot det plan, i hvilket rotasjonsaksen og tyngdekraftlinjen befinner seg, som beskrevet tidligere i forbindelse med fig. 7. For å tilveiebringe gyrokompasset ifølge oppfinnelsen med det angitte apparat ved å sørge for at det tilbakestil-lende dreiemoment lik det dreiemoment som kreves for gyrokompassets nordsøkende funksjon, er det nødvendig å velge en egnet effektiv masse av gyroskopet ved justering av dets løftekraft, idet lengden r av armen skal være lik gyrohusets 1 radius, men en sådan måte er uheldig fra konstruksjonssynspunkt. En øking av løftekraften leder i alminnelighet til at gyrohuset 1 blir uhåndterlig og kostbart.

Fig. 16 viser en utførelse f ved hvilken der utnyttes et gyrohusunderstøttende system som ikke er beheftet med-de ovennevnte ulemper. Med denne anordning kan gyrohusets masse og dets løftekraft velges fritt og ved bestemmelse av lengden r av armen i overensstemmelse dermed kan der lett oppnåes et tilbakestillings-dreiemoment som tilfredsstiller kravene i mange gyroapparater.

Ifølge fig. 16 har et gyrohus 1 en gyrorotor 1' som skal rotere med høyt turtall, samt en beholder 2 som i foreliggende tilfelle kan bestå av f.eks. tre beholdere. Rommet mellom beholderen ^..2- og gyrohuset 1 er fyllt med dempeolje 7. Opphengningstråden eller

-organet består av en øvre opphengningstråd 3-la, to nedre opphengningstråder 3-2a og 3-2a og en opphengningsstang 3-3a for sammenkob-ling av opphengningstrådene 3-la, 3-2a og 3-2a. Den øvre ende på

opphengningstråden 3-la er festet til en ramme 2b på overdelen 2a av beholderen 2 og den nedre ende er festet til opphengningsstangen

3-3a i hovedsaken midt på denne. De øvre ender av de nedre opphengningstråder 3-2a og 3-2a er forbundet med hver sin ende av opphengningsstangen 3-3a og deres nedre ender er forbundet med monterings-organer 3-4 og 3-4 i punktene Q-^ og Q2 som befinner seg på utsiden

av gyrohuset 1. Det er også mulig å utelate monteringsorganene 3-4 og 3-4 og feste de nedre ender av opphengningstrådene 3-2a og 3-2a direkte til gyrohuset 1.

Ved anvendelse av en eneste opphengningstråd ifølge fig.1,2,3,7 8 oglO kan den vertikale avstand mellom forbindelsespunktene for opphengningstråden og gyrohuset og gyrohusets tyngdekraftsentrum ikke velges mindre enn gyrohusets radius, dersom ikke gyrohuset gis en spesiell form. Når opphengningstråden er delt opp i øvre og nedre deler, gjelder ikke noen begrensning når det gjelder valget av for-bindelsespunkter mellom gyrohuset 1 og de nedre opphengningstråder 3-2a og avstanden r-^ mellom tyngdekraftsentret 0-^ og punktet på gyrohuset 1 kan velges etter ønske, således at gyrokompasset ifølge oppfinnelsen kan realiseres helt enkelt ved at bare lengden av armen r^ endres. Da det er tilstrekkelig å gjøre gyrohuset 1 væsketett, kan gyrohuset 1 gis minimalt volum, hvilket i stor utstrekning med-virker til reduksjon av hele apparatets størrelse.

Opphengningstrådene 3-la og 3-2a kan ved dette eksempel være metalltråder, men de kan også bestå av en bunt av metalltråder eller remlignende organer. Med andre ord er konstruksjonen av opphengningstråden ikke begrenset på noen som helst måte så lenge den kan understøtte gyrohuset 1 for oppnåelse av formålet ifølge oppfinnelsen. Fig. 17A og 17B viser et konstruksjonseksempel på opphengningsstangen 3-3a. Denne består av en stang a og en bladfjær b som er festet til stangen med skruer c. De to nedre opphengningstråder 3-2a er f.eks. med muttere d festet til de to ender av fjæren b. Fig. 18 viser bare fjæren b på fig. 17B. Fjæren b er således formet at den i fri tilstand har en plan, sentral del og bøy-ede endepartier som vist ved de strektegnede linjer. Når fjæren b er festet til stangen a, utøves der en nedadrettet kraft S på de bøyede partier. Kraften S velges større enn bøyningskraften fra akselerasjon ved normal navigering, og staven a og fjæren b arbeider som et enhetlig element. Når akselerasjonen blir så stor at opphengningstrådene 3-la og 3-2a brytes, tjener opphengnings-

fjæren b til å hindre brudd i opphengningstrådene 3-la og 3-2a.

Ved det ovenfor beskrevne eksempel utnyttes den fjær, ved hjélp av hvilken kraften påtrykkes, men selve opphengningsstaven 3-3a kan ha form av en fjær for oppnåelse av det ovenfor nevnte formål .

Eksempelet på' fig. 19 og 20 har samme

henvisningsbetegnelser som på fig. 1 og 16 angir de samme komponen-ter. Den øvre ende av opphengningstråden 3-la (fig. 16) er festet direkte på beholderen 2, men opphengningstråden 3-la (fig. 19) er festet til et opphengningsorgan 2-d som er festet til beholderen 2. På fig. 20 er 26 en slepering, 31a et ytre hus og 32 og 33a libeller for indikering av den horisontale stilling av den horisontale ring 12 hhv. beholderen 2.

Følgende fordeler er oppnådd ved et gyrokompass ifølge oppfinnelsen: (1) Der kan fremstilles et lite og kompakt gyrokompass som ikke krever væskeballistikk som ikke kan unngåes i konvensjonelle Sperry-gyrokompasser. Det er ikke nødvendig å gi gyrohuset en spe-sifikk vekt som faller sammen med den for bærevæsken, som ved andre flottørtypegyroskop, således at gyrohuset kan gjøres meget lite sammenlignet med konvensjonelle gyroskoper. Videre er det ikke nødven-dig å anvende to gyroskop. (2) Der kan fremstilles et gyrokompass med høy presisjon. Noen mekaniske kontaktelementer, f.eks. kulelagere eller lignende, kreves ikke selvom der anvendes et gyroskop med lite vinkelmoment.

(3) Gyrokompasset er helt mekanisk og har

enkel mekanisme som et nordsøkende apparat og blir derfor meget pålitelig. Videre frembringes det nordsøkende dreiemoment av selve gyroskopet, således at der ikke skjer noen nedsettelse av nøyaktig-heten på grunn av en servofeil og noen dødsone i et akselerometer.

(4) Gyrokompasset kan gis små dimensjoner

og noe kostbart akselerometer kreves ikke, således at der kan oppnås et gyrokompass med meget høy presisjon til en relativ lav pris. (5) Mens gyroskopet holdes i en stillestående stilling, holdes dets rotasjonsakse horisontal, således at gyroskopets innstillings-tid ved en etterfølgende operasjon er kortere enn ved andre gyrokompass og er særlig anvendbar i praksis.

Claims (1)

1. Gyrokompass med et gyrohus, i hvilket en rotor er lagret med sin rotasjonsakse horisontalt, en beholder som omgir gyrohuset og inneholder en understøttelse og en dempevæske, en opphengningsanordning av fjærelementer for opphengning av gyrohuset i beholderen og en kardanopphengning for beholderen i kompasshuset, en vinkelavfølende innretning som bestemmer rotasjonsaksens elevasjon og azimutbevegelser i forhold til beholderen, og som er anordnet mellom gyrohuset og beholderen, samt servoanordninger som styres i overensstemmelse med utgangssignalene fra den vinkelavfølende innretning for oppfølging av beholderen om den horisontale og vertikale akse, og en dempeinnretning for frembringelse av et dempemoment om den vertikale akse avhengig av elevasjonen, hvor understøttelsen består av en tråd anordnet mellom oversiden av beholderen og gyrohuset, således at gyrohuset er opphengt som en pendel i beholderen, karakterisert ved at der mellom gyrohuset (1) og beholderen (7) er anordnet en detekterende innretning (4N, 14-2, 4S, 14-3; 4E, 5EN, 5ES, 4W, 5WN, 5WS; 4N, 5NE, 5NW, 4S, 5SE, 5SW; 4E1, 5EN1, 5ES1, 4W1, 5WN1, 5WS1) for måling av forandringen i avstanden mellom gyrohuset (1) og beholderen (7) i rotasjonsaksens retning, og at understøttelsestråden (3, 3-la) er tvunnet

   i forhold til utgangen fra den detekterende innretning for å frembringe dempemomentet om den vertikale akse.