解密波音747飛機中的Sperry垂直陀螺儀
發布時間：2009-5-6 16:12
發布者：李寬
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陀螺儀可用于各種類型航空儀表的慣性導航系統和基本輸入系統，是實現飛行和飛行自動化的關鍵部件。這次我們的拆解對象就是一個用于波音747飛機的Sperry垂直陀螺儀。 根據這個陀螺儀外殼上標注的1975年再測試標簽，估計它是1970年左右波音747剛面世時在什么地方制造的。盡管器件尺寸和重量一向是主要考慮事項，但這個立方形外殼設計的Sperry盒子可不算輕巧，其邊長約25cm，重量接近10kg。雖然外殼和內部組件都盡量采用鑄鋁，但最終效果仍然是一個笨重的大家伙。這種垂直陀螺儀主要用來測量飛機的側傾角度(橫滾)和姿態(俯仰角)。其名稱源于設計核心是一個轉軸呈垂直方向的旋轉體。 內部架構 整個裝置內部分為上下兩部分，上半艙容納陀螺儀的機電設備，下半艙則包含了所有的系統電子器件。這兩半部分由陀螺儀基板分隔，通過一個DB-25連接器相連，再通過一個外部Cannon連接器與飛機實現連接。 兩個自由度相當于兩軸運動，由旋轉軸支撐的平衡環用于監測每個方向的變化(俯仰和橫滾)。這些平衡環都位于一個大框架內，這個大框架通過橡膠懸掛點與外殼連接，估計是為了減輕振動對陀螺儀輸出的影響。 位于內框架結構中的就是旋轉體(或者調速輪)，這是陀螺儀的核心部分。利用一個電樞來使調速輪旋轉，并保持旋轉，以此啟動陀螺儀工作流程。調速輪裝置很沉重，但的確是一塊精妙的車削金屬，充滿了各種尺寸的轉孔層，以便成形后實現完美的平衡狀態。我不清楚調速輪的轉速是多少，但它有可能相當高，所以即使輕微的失衡也是無法容忍的。 在大多數基本條件下，較大的外平衡環感測橫滾，而內平衡環(位于調速輪裝置中)感測俯仰角度。就像許多人從“旋轉的自行車車輪”實驗中所學到的，調速輪要保持一定的方向，在飛行器和陀螺儀經歷俯仰和橫滾變化時，調速輪必須處于恰當的位置。 如何感測調速輪和橫滾/俯仰平衡環之間的角位移不得而知。每一個平衡環中都有明顯可見的線圈繞組(圖中標注為平衡環感應線圈)，用來感應檢測位移。更具體地說，這些線圈可能是同步器/分解器裝置的一部分，同步器/分解器利用AC信號驅動內部線圈，同時有一個外部線圈根據不同相位外層繞組的感應電壓來檢測角偏移。由于看不到電位計，所以最可能的位移測量方法似乎是采用同步器/分解器方案。 由于所有的連接都必須由外部連接至旋轉平衡環內側，因此其本身的饋電量相當驚人。調速輪電樞負責驅動電流，讓同步器/分解器或其它可能的信號得以通過從每個平衡環軸心伸出的柱狀體的精細電刷觸點。每個柱狀體均具有專用接觸帶，在一個旋轉觸點中，能對應到柱狀體上每個接觸帶的獨立線路，以完成7個連接，從而實現內部線束的連接。 模擬藝術 下半艙的電子器件必須完成所有的線圈驅動和角位移檢測工作，其中的電路板全都是純模擬性的。其中一塊板上的功率晶體管顯示出驅動電樞可旋轉調速輪；另一塊電路板看起來是一個多路放大器，可能用于振幅/相位檢測，以及每個平衡環軸上同步器/分解器線圈的位移輸出。盡管這些板子在結構和元件密度上都是傳統老式的，但它們卻是模擬藝術的絕佳實例。 利用先進的工程技術可以把系統整合在一起，但航線維護人員必需確保飛機能夠保持飛行狀態，因此裝置上標注有“確保仔細無誤完成安裝”的外部標識。裝置頂部的自動駕駛儀控制通道對準標記和一組極化安裝點，可確保飛機俯仰和橫滾時不會錯位，并使爬升/俯沖/左側傾/右側傾指示能夠保持正確定向。還有一些標示安裝必須謹慎的標簽，諸如“謹慎操作”、“精密設備”和“操作小心”等都清楚表明了這個裝置的脆弱特性。 雖然Sperry陀螺儀現已退役，但其機電技術的卓越品質，包括其中大量的手工焊接和精心捆綁的電纜束，至今仍令人贊嘆不已。 |
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