测量飞机航向的仪表指导张伟瑞课件

指导教师：张伟瑞测量飞机航向的仪表

主要内容

磁罗盘一陀螺半罗盘二陀螺磁罗盘三引言航向表示飞机的飞行方向，测量航向的仪表叫做航空罗盘(简称罗盘)。罗盘是飞机上重要的驾驶领航仪表之一。小型飞机常用磁罗盘、陀螺半罗盘和陀螺磁罗盘(或罗盘系统)；大、中型飞机则采用磁罗盘和罗盘系统(或直接采用惯性基准系统测量航向)。航向指示器(陀螺磁罗盘)磁罗盘

磁罗盘(MagnelicCompass)是通过感受地球磁场，从而测量飞机航向的仪表。由于它结构简单、可靠，飞机上都安装了磁罗盘。国际上规定零度经线就是穿过英国格林尼治天文台旧址的经线.又称本初子午线.0度纬线就是赤道(0,0)指0经度和0纬度的交点,大致位于非洲西部的几内亚湾。一.地磁与航向1.地磁

北磁极实际上具有磁南极(S极)的磁性；南磁极实际上具有磁北极(N极)的磁性。地球磁场的强度在赤道附近最弱，在地磁极附近最强。1）地球磁场2）磁倾地磁强度与水平面的夹角叫做磁倾角，简称磁倾θ。地球磁场的磁力线收敛于南北极，所以地球磁场强度的方向与水平不平行。一般说来，越靠近地磁极，磁倾越大，即磁纬度越高。磁针在地磁水平分量作用下，指示出磁经线方向；地磁垂直分量使磁针倾斜。3）磁差由于地磁极与地理极不重合，磁经线与真经线也不重合。磁差的特点：

磁暴：地球磁场在全球范围内突然发生急剧而不规则的扰动，叫做磁暴，它与太阳黑子活动有关。2.航向飞机的航向是指飞机纵轴与经线在水平面上的夹角（HDG-Heading）。航向都是以经线北端为起点顺时针方向计算的。根据所取经线的不同，航向可分为真航向、磁航向和罗航向。

航向在0°-360°之间变化，0°航向一般用360°描述。

飞机右转：航向增大

飞机左转：航向减小真航向（TH-TrueHeading）：真经线与飞机纵轴在水平面上的夹角，叫做真航向。正航向的0°、90°、180°和270°就是正北、正东、正南和正西方向，可分别用英文字母N、E、S、W或俄文字母с、В、ю、з来表示。磁航向（MH-MagneticHeading）：磁经线与飞机纵轴在水平面上的夹角，叫做磁航向。因为磁经线与真经线相差一个磁差，所以真航向与磁航向的关系为：真航向=磁航向+(±磁差)各种航向及关系飞机上的钢铁物质和工作着的用电设备所形成的磁场叫做飞机磁场。

飞机磁场由硬铁磁场和软铁磁场两部分组成。3.罗航向硬铁磁场由矫顽磁力较大的铁磁物质(发动机轴、电机轴等)和用电设备产生。它的特点是:大小和相对于飞机的方向一般是不变的。软铁磁场出矫顽磁力较小的铁磁物质(软铁)受地磁场的磁化而产生。它的特点是:大小和相对飞机的方向都随着航向的改变而改变。软铁受硬铁磁场的磁化而产生的磁场，其性质与硬铁磁场相同，可以认为是硬铁磁场的一部分。每架飞机的磁场是不同的。图所示的飞机磁场方向指向飞机右前下方，飞机磁场水平分量与地磁水平分量的合成磁场方向线叫做罗经线，放在飞机上的磁针将指向罗经线方向。各种航向及关系罗航向（CH-CompassHeading）：罗经线与飞机纵轴在水平面上的夹角，叫做罗航向。磁航向与罗航向的关系为：磁航向=罗航向+(±罗差)二.磁罗盘

由于经过罗差修正后，剩余罗差并不大，因此有的文献称之为测量磁航向。磁罗盘：用来测量飞机的罗航向。1.基本原理磁罗盘的基本原理是利用自由旋转的磁条跟踪罗经线的特性来指示飞机的罗航向。磁罗盘的敏感元件是在水平面内可以自由旋转的磁条。在磁条上固定环形刻度盘，0°-180°刻度线与磁条方向一致。航向标线固定在表壳上，代表飞机纵轴。飞机航向改变后，磁条始终稳定在罗经线方向，表壳随飞机一起转动。因此航向标线在刻度盘上所指的角度，就是飞机纵轴与罗经线在水平面上的夹角，即罗航向。2.基本结构罗牌是罗盘的敏感部分，它由磁条、轴尖、浮子、刻度环等组成。整个罗牌可在支柱的轴承上自由转动，保证0°-180°刻度线始终与罗经线方向一致。为了减小磁倾的影响，使敏感部分保持水平，罗牌的重心通常偏在支点的南面(在北半球飞行时，可以抵消磁倾的作用),并且还偏在支点的下面或上面。罗盘油可以增加罗牌的运动阻尼和减小罗牌对轴承的压力，从而减小罗牌的摆动和摩擦。罗差修正器用来抵消飞机磁场的影响，从而减小罗差。它有两对小磁铁，一对可沿飞机纵轴方向产生附加磁场，抵消沿纵轴方向的飞机磁场对罗牌的影响，它们的相对位置可由E-W旋柄来改变；另一对可沿飞机的横轴方向产生附加磁场，抵消沿横轴方向的飞机磁场对罗盘的影响，它们的相对位置可由N-S旋柄来改变。当两个小磁铁平行时(a)，磁力线作用的空间范围最小，消除罗差的能力也最小；当两个小磁铁成一直线时(c)，磁力线作用的空间范围最大，消除罗差的能力也最大；两个小磁铁处于其他相对位置时(b)，消除罗差的能力介于上述两者之间。因此，只要适当转动旋柄，改变两个磁铁的方向和相对位置，就可以在一定范围内消除不同符号、不同大小的罗差。abc3.磁罗盘的误差磁罗盘为了便于使用，一般安装在驾驶舱风挡玻璃的上部。而驾驶舱则是飞机用电设备高度集中的地方。由于电流磁场和飞机其他钢铁物质的影响，罗差较大，所以磁罗盘需要定期校正。1）罗差

校罗盘后制成剩余罗差曲线卡片，放在驾驶舱，供计算磁航向用。2）飞行误差

飞机在俯仰、倾斜、盘旋、加速或减速时;飞机磁场和地球磁场的垂直分量将对磁罗盘产生影响，使指示出现误差，这些误差统称为飞行误差。在飞机平飞后，这些误差会自行消除。A.俯仰、倾斜误差俯仰、倾斜误差是飞机俯仰、倾斜时，飞机磁场垂直分量引起的误差。飞机俯仰或倾斜时，磁罗盘敏感部分仍保持水平，而飞机硬铁磁场的垂直分量R则随飞机一起俯仰或倾斜，如图所示。这时，R在敏感部分的平面上产生一个分量R1，如果该分量的方向与地磁水平分量H的方向不一致，二者的合成磁场将偏离磁经线，使罗盘产生误差，这就是俯仰、倾斜误差。当飞机改平后，误差自行消失。俯仰、倾斜误差修正措施：平飞时判读，将罗盘或磁传感器安装在飞机磁场较弱的地方。B.加速度误差由于磁罗盘罗牌的重心通常偏在支点的南面和下面，飞有纵向加速度时，就有惯性力作用于罗牌的重心，产生惯性力矩。它使罗牌在水平面内转动，同时又使罗牌偏离水平面。前者直接产生指示误差，后者又由于地磁和飞机磁场垂直分量作用于罗牌平面而产生误差。飞机在东西磁航向上加速度误差最大，在南北磁航向上加速度误差最小。为了避免加速度误差，应在飞机匀速飞行时判读航向。C.涡动误差D.转弯误差：转弯误差是飞机转弯时，地磁垂直分量所引起的一种误差。由于转弯时需要知道航向，因此它对驾驶飞机的影响最大。转弯误差产生原因：飞机转弯时，作用于罗牌重心上的惯性离心力和重力的合力将使罗牌与飞机同方向倾斜，如图所示。罗牌倾斜后，地磁垂直分量在罗牌平面上便有一个分量，如果该分量与地磁水平分量的方向不一致，两者的合成磁场将偏离磁经线方向，使罗盘产生误差。在0°磁航向附近的误差：在北半球，飞机由0°磁航向向西转弯时，飞机向左倾斜，罗牌也向左倾斜，地磁垂直分量在罗牌平面上的分量Z’指向飞机左方。Z’和地磁水平分量H的合成磁场指向飞机左前方，偏离了磁经线方向。罗牌将向左转动，停在合成磁场方向上。由于罗牌转动方向和飞机转弯方向相同，两者的相对转角减小，因此在转弯过程中，罗盘指示的转弯角度小于飞机实际的转弯角度，如图所示。例如，飞机原航向是0°，现左转30°，改航330°。当飞行员操纵飞机左转弯，罗牌出现左倾斜时，合成磁场指向飞机左前方，使罗牌向左旋转停在合成磁场方向。如果罗牌转动30°，开始转弯时飞行员看见罗盘的指示不是零，而是30°。当飞机转弯30°，飞行员看见的指示才是零。飞机转弯60°后，飞行员看见的指示才是330°。这样，指示的转弯角度（30°）小于实际的转弯角度（60°）。同理，飞机由0°磁航向向东转弯，罗盘指示的转弯角度也小于飞机实际的将弯角度。飞机转弯时的倾斜角越大，地球磁场垂直分量的影响也越大，转弯时的误差就越大。在180°磁航向附近的误差：飞机由180°磁航向向西转弯时，分量Z’指向飞机右方。罗牌转动方向和飞机转弯方向相反，罗盘指示的转弯角度大于飞机实际的转弯角度，如图所示。同理，飞机由180°磁航向向东转弯时，罗盘指示的转弯角度也大于飞机实际的转弯角度。在90°和270°磁航向上的误差：飞机在90°或270°磁航向上向南转弯时，罗牌随飞机倾斜，地磁水平分量H可沿罗牌平面产生分量H’，地磁垂直分量Z也可沿罗牌平面产生分量Z’。分量H’与Z’方向相反，它们的大小均与飞机的倾斜角有关。由90°或270°磁航向向南转弯时的转弯误差1).当H’=Z’时，飞机的倾斜角是一个特殊的倾斜角，叫做临界倾斜角，这时罗牌失去定向能力，可以停在任意方向，罗盘可以指示任意角度(a)；2).当飞机倾斜角小于临界倾斜角时，H’>Z’，没有误差(b)；3).当飞机倾斜角大于临界倾斜角时，H’<Z’，罗盘转动180°，出现