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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
자동 조종 장치. 발명과 생산의 역사
자동 조종 장치는 여러 장치의 조합으로, 이 장치의 공동 작동으로 사람의 개입 없이 항공기나 로켓의 움직임을 자동으로 제어할 수 있습니다. 자동 조종 장치의 생성은 항공 여행을 훨씬 더 안전하게 만들었기 때문에 항공 역사에서 중요한 시대를 구성했습니다. 모든 비행이 무인 모드로 진행되는 로켓 기술의 경우 안정적인 자동 제어 시스템이 없으면 이 기술은 전혀 발전할 수 없습니다.
자동 조종의 주요 아이디어는 자동 조종 장치가 공간에서 움직이는 차량의 올바른 방향을 엄격하게 유지한다는 것입니다. 덕분에 장치는 첫째로 공중에 유지되고 떨어지지 않으며, 둘째로 비행 궤적이 올바른 방향에 달려 있기 때문에 설정된 코스에서 벗어나지 않습니다. 차례로, 공간에서 장치의 방향은 세 가지 각도에 의해 결정됩니다. 첫째, 이것은 피치 각도, 즉 장치의 세로 축과 접지면 (또는 수평선 평면) 사이의 각도입니다. 이 각도를 추적하면 항공기가 " 끄덕이지 " 않고 탄도 궤적을 따라 날아가는 미사일이 목표물을 더 정확하게 명중할 수 있도록 세로 방향 안정성을 유지할 수 있습니다. 둘째, 이것은 요 각도, 즉 장치의 세로 축과 비행 평면 사이의 각도입니다(수평면에 수직이고 시작점과 목표점을 통과하는 평면을 호출할 것이므로). 요 각도는 설정된 코스에서 장치의 편차를 나타냅니다. 그리고 세 번째로, 이것은 롤 각도, 즉 장치 본체가 세로 축을 중심으로 회전할 때 발생하는 각도입니다. 적시에 롤을 수정하면 항공기가 측면 안정성을 유지하고 로켓의 불규칙한 회전을 완화할 수 있습니다. 이러한 각도를 결정하는 신뢰할 수 있고 간단한 방법이 없으면 장치의 자동 제어가 불가능합니다. 다행히도 그런 방법이 있는데, 빠르게 회전하는 자이로스코프의 특성을 기반으로 공간에서 축의 위치를 변경하지 않고 유지합니다. 가장 단순한 자이로스코프는 축을 중심으로 빠르게 회전하는 어린이용 팽이입니다. 클릭으로 그것을 쓰러뜨리려고 하면 이것이 불가능하다는 것을 알게 될 것입니다. 상단은 옆으로만 튕겨져 나갈 것이고 계속 회전할 것입니다.
그러나 상단의 축 OA는 끝 A가 고정되어 있지 않기 때문에 일정한 방향을 갖지 않습니다. 기술에 사용되는 자이로스코프는 훨씬 더 복잡한 장치를 가지고 있습니다. 회전자(상단 자체)는 여기에서 소위 짐벌의 (링) 1과 2 내에 고정되어 있어 AB 축이 공간에서 어떤 위치든 취할 수 있습니다. . 이러한 자이로스코프는 축 AB, DE 및 GK를 중심으로 XNUMX개의 독립적인 회전을 할 수 있으며, 베이스에 대해 고정된 상태로 유지되는 서스펜션 O의 중심에서 교차합니다. 빠르게 회전하는 자이로스코프의 주요 특성은 이미 언급했듯이 축이 지정된 원래 방향을 세계 공간에서 안정적으로 유지하는 경향이 있다는 것입니다. 예를 들어, 이 축이 원래 어떤 별을 가리키고 있었다면 장치 자체의 움직임과 임의의 충격으로 인해 지구 축에 대한 방향이 변경되더라도 이 별을 계속 가리킵니다. 처음으로 이 속성은 1852년 프랑스 물리학자 푸코가 축을 중심으로 한 지구의 자전을 실험적으로 증명하기 위해 사용되었습니다. 따라서 그리스어로 "회전 관찰"을 의미하는 "자이로 스코프"라는 바로 그 이름.
자이로스코프의 두 번째 중요한 특성은 일부 외력이 축(또는 프레임)에 작용하기 시작하여 서스펜션의 중심을 기준으로 회전하려는 경향이 있을 때 나타납니다. 예를 들어, 힘 P가 축 AB의 끝에 작용하면 자이로스코프는 힘의 작용으로 벗어나는 대신(로터가 회전하지 않는 경우와 같이) 수직 방향으로 기울어집니다. 힘의 작용은 (우리의 경우) 축 DE를 중심으로 일정한 속도로 회전하기 시작합니다. 이 회전을 자이로스코프의 세차운동이라고 하며 자이로스코프 자체가 축 AB를 중심으로 더 빠르게 회전하는 속도는 느려집니다. 어느 순간 외력의 작용이 멈추면 세차운동이 동시에 멈추고 AB 축이 즉시 멈춥니다.
세차 운동은 받침점이 서스펜션의 중심 역할을 하는 어린이용 팽이와 같은 간단한 자이로스코프에서도 관찰할 수 있습니다. 축이 바닥에 수직이 아닌 각도로 기울어져 있는 방식으로 상단이 풀리면 이러한 상단의 축이 중력 방향으로 벗어나지 않는 것을 볼 수 있습니다(즉, 아래로), 그러나 수직 방향, 즉 축이 바닥에 수직으로 회전하기 시작하여 받침점까지 낮아집니다. 자이로스코프의 이 두 가지 속성은 자동 조종 장치에 사용되는 여러 기기의 기초입니다. 70 세기의 XNUMX 년대에 자이로 스코프는 바다 어뢰 과정에서 자동 장치의 군사 업무에 사용되기 시작했습니다. 어뢰 발사 순간에 장착된 자이로스코프의 로터가 분당 수천 회전의 속도로 회전했습니다. 그 후, 그 축은 항상 대상을 향했습니다.
편심은 자이로 스코프의 축에 부착되었습니다. 디스크는 그 중심이 기계의 수직 링 축에서 이동했습니다. 편심은 스풀로드에 기대어 있습니다. 어뢰가 정확히 목표물에 갔을 때 스풀 피스톤은 파이프 라인 1과 2의 개구부를 닫았고 조향 피스톤은 움직이지 않았습니다. 어떤 이유로 어뢰가 코스에서 벗어나면 자이로 스코프와 관련된 편심이 고정되어 있고 스프링의 작용에 따라 스풀로드가 왼쪽 또는 오른쪽으로 미끄러져 파이프 라인을 통해 압축 공기가 통과하는 구멍이 열립니다 1 또는 2가 조향기에 들어갔다. 압축 공기의 작용으로 조향기의 피스톤이 움직이고 조향 핸들을 움직여 어뢰가 올바른 경로로 돌아 왔습니다.
그런 다음 자이로 스코프는 항공 분야에서 널리 사용되었습니다. 비행기에 관한 장에서 최초의 비행사에게 얼마나 중요한 문제가 비행 중에 항공기의 올바른 방향을 유지하는 것인지 이미 언급했습니다. 많은 설계자들은 자동 안정 장치의 제작에 대해 생각했습니다. 1911년, 미국 조종사 Sperry는 거대한 자이로스코프가 장착된 최초의 자동 안정기를 개발했습니다. 이러한 안정 장치가 장착된 최초의 항공기는 1914년에 이륙했습니다. 그리고 20년대 초에 Sperry 회사는 실제 자동 조종 장치를 만들었습니다. 첫 번째 자동 조종 장치는 방향타만 제어하고 지정된 비행 모드의 보존을 모니터링했습니다. 그들의 추가 개발은 방향타와 항공기 엔진의 제어를 자동화하는 시스템의 출현으로 이어졌습니다. 이러한 자동 조종 장치는 이미 무인 비행과 항공기 원격 제어를 허용했습니다. 그들은 첫 번째 로켓에서 사용되었습니다. 다른 사람들보다 일찍, 최초의 V-2 탄도 미사일을 만든 독일 설계자들은 자동 미사일 제어 문제에 직면했습니다. V-2 안정화 기계는 Horizon 및 Verticant 자이로스코프 기기로 구성되었습니다.
"수평선"은 수평선 평면과 이 평면에 대한 로켓의 경사각(피치각)을 결정할 수 있게 해주었습니다. 자이로 스코프의 회 전자 1은 동시에 권선 2에 교류가 공급되는 비동기 전기 모터의 전기자였습니다. 로켓 발사 전에 "Horizon"은 로터의 회전 축이 수평선과 평행하도록 배치되었습니다. 이를 위해 제어 시스템에는 자이로스코프 축의 편차를 고정하는 진자(추) 5가 포함되었습니다. 이 축이 수평 방향에서 위 또는 아래로 빗나가면 진자도 옆으로 치우쳐 한쪽 또는 다른 쪽에서 접촉하게 됩니다. 이 경우, 전자석(6)은 하나 또는 다른 극성의 신호를 수신하였다. 전자석은 회전 중심에서 위 또는 아래로 축 Y를 따라 자이로스코프의 축에 작용하기 시작했습니다. 결과적으로 자이로스코프를 편향력에 수직으로 돌리면서 세차운동이 나타났습니다. 세차 운동은 로터 축이 수평 위치로 돌아올 때까지 계속되었습니다. 이것이 일어나자마자 진자(5)의 접촉이 열리고 세차운동이 즉시 멈췄다. 시작하기 전에 수정 장치가 꺼졌습니다. 주어진 피치 각도에서 로켓의 편차는 가변 저항이 있는 간단한 센서인 전위차계를 사용하여 기록되었습니다. 철사를 감은 고리 모양의 틀이었다. 이 프레임을 따라 접촉 브러시가 미끄러졌습니다. 브러시가 프레임의 시작 부분에 있으면 회로에 더 적은 수의 권선이 각각 포함되고 전위차계의 저항이 더 적고 출력 전압도 중요하지 않은 것으로 나타났습니다 (알다시피 전압 드롭 U는 옴의 법칙에 의해 결정됩니다. U = I • R, 여기서 I는 현재 강도, R - 저항). 브러시가 프레임 끝으로 이동하면 전위차계의 저항이 증가하고 결과적으로 출력 전압이 증가합니다. 브러시는 전압의 가장 작은 변화를 기록하는 민감한 장치에 연결되었습니다. 비행 중 장치의 세로 축과 수평선 사이의 각도가 어떤 이유로 지정된 각도에서 벗어나기 시작하면 장치 본체와 관련된 전위차계 8이 고정 된 자이로 스코프에 대해 회전합니다. 공간과 그것에 연결된 접촉 브러시. 이 경우 전위차계의 출력에 편향각에 비례하는 전기 신호가 나타납니다. 이 신호는 증폭되어 로켓을 수평으로 유지하는 조향기의 수평 방향타에 공급되었습니다. 그러나 이러한 간단한 장치는 상대적으로 짧은 비행 시간에서만 효과적으로 작동할 수 있습니다. 장거리 비행 중에는 지구의 자전을 고려해야 했기 때문에 이 경우 자이로스코프 축 방향으로 수정해야 했습니다. "Horizon"은 저장뿐만 아니라 주어진 프로그램에 따라 피치 각도를 변경할 수도 있습니다. 설명된 방식에서 설정한 순간에 전위차계(8)가 특정 각도로 회전하면 방향타가 장치 자체가 동일한 각도로 벗어난 것처럼 작동한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 전위차계를 돌리면 로켓이 회전할 수 있습니다. "Horizon"은 금속 테이프(10), 편심(11), 스테퍼 모터(12) 및 래칫 휠(13)로 구성된 매우 간단한 프로그램 메커니즘을 포함했습니다. 편심은 주어진 프로그램에 해당하는 표면 프로파일을 가졌습니다. 스테퍼 모터는 웜기어를 통해 움직이도록 설정했습니다(스테퍼 모터는 전기자가 있는 전자석이었고, 전자석에 임펄스가 가해지면 전기자가 자석에 끌리고 가장자리와 함께 래칫 휠을 한 톱니 이동했습니다) . 따라서 래칫 휠의 회전 속도는 전자석에 가해지는 펄스의 주파수에 따라 달라집니다. 스토퍼(14)는 래칫 휠이 반대 방향으로 회전하는 것을 방지하는 래치였습니다.
"Horizon"은 "Verticant"에서 작업한 것과 동일합니다. 로켓 발사 전에는 자이로스코프 로터의 축이 의도한 비행 평면에 수직으로 위치했기 때문에 자이로스코프는 피치에서 로켓의 진화에 둔감하지만 롤과 코스의 회전에는 반응하는 것으로 나타났습니다. 자이로스코프 보정은 "Horizon"과 동일하며 발사 전에 진자 3과 전자석 4를 사용하여 수행했습니다. 이륙 후 전위차계 5는 로켓의 요에 응답하여 방향타에 신호를 전송했습니다. 목표물을 향하는 축이 로켓의 세로축과 일치하기 때문에 롤이 발생하면 전위차계(7)가 자이로스코프에 연결된 고정 엔진(브러시)을 기준으로 비행 중에 움직입니다. 신호는 방향타로 전송되어 롤을 수정했습니다. 저자: Ryzhov K.V.
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