- إنضم
- 23 مارس 2008
- المشاركات
- 4,508
- التفاعل
- الدولة
ما هي انواع الاخطاء الجايروسكوبية ؟ اسبابها ؟ , كيف يتم معالجتها ؟
الجايروسكوب هو عبارة عن مادة صلبة ذات محور قصور ذاتي يمتلك عزم استمرارية دوران عا لية ويمتاز محور دورانه بأنه ثابت الاتجاه في الفراغ . ويعتبر الجايروسكوب احد المكونات الرئيسية للمنظومات الملاحية . يتألف مصطلح الجايروسكوب من كلمتين يونانيتين ( جايرو Gyro ) وتعني ( دوران ) وكلمة ( سكوب ckop ) وتعني ( مراقبة )أو ( رصد ) .
الأخطاء الجايروسكوبية
الخطأ الجايروسكوبي هو انحراف محور الدوران الذاتي للجايروسكوب لأسباب مختلفة عن وضعه المحدد في المنظومة الملاحية المركبة في الطائرة .
أنواع واسباب الأخطاء الجايروسكوبية
أنواع واسباب الأخطاء الجايروسكوبية :
1) أخطاء ناتجة عن دوران الأرض حول نفسها
2) أخطاء ناتجة عن طيران الطائرة في الجو وانتقالها من نقطة إلى أخرى
3) أخطاء ناتجة عن السبـبـيـن أعلاه
4) أخطاء تصنيعية ( خاصة في صناعة الجايروسكوب نفسه )
أخطاء ناتجة عن الاحتكاك الحاصل في حركة الأطر الجايروسكوبية
أخطاء ناتجة عن وزن الجايروسكوب والجاذبية الأرضية
جميع الأخطاء المشار لها أعلاه تؤدي إلى انحراف محور الدوران الذاتي للجايروسكوب عن وضعه المحدد في المنظومات الملاحية والذي يجب إن يكون عموديا على المكان ( عمودي على السطح الأفقي للفراغ ) في
الأجهزة والمنظومات المخصصة لقياس زوايا التموج ( ) والميل ( ) ومنظومة القصور الذاتي
(INS ) ومنظومة الاتجاه العمودي وبعض المنظومات الأخرى ومتطابقا مع المستوى الأفقي في المنظومات المختلفة المخصصة لقياس زوايا الاتجاه ) ) وبعض المنظومات الأخرى أو متطابقا مع احد المحاور الثلاث ( X , Y, Z ) في الأجهزة المخصصة لقياس السرع الزاوية والتعجيل الزاوي لدوران الطائرة حول المحاور الثلاث .
إن أي انحراف لمحور الدوران الذاتي للجايروسكوب ( H ) عن وضعه المحدد في المنظومة يسبب ظهور أخطاء في قياس هذه الزوايا وهذا مالا يسمح به في الطيران لذا وجب على العلماء والمختصين في صناعة المنظومات الملاحية في الطائرات وضع الحلول لمعالجة هذه الأخطاء بشكل كامل . لذلك تم صناعة منظومات مختلفة لمعالجة هذه الأخطاء بما يتناسب مع كل نوع من الأخطاء المشار لها أعلاه.
تأثير دوران الأرض حول نفسها على الجايروسكوبا ت
لو وضعنا جايروسكوب على نقطة معينة من سطح الأرض بحيث يكون اتجاه محور الدوران الذاتي للجايروسكوب ( H ) عموديا على مستوى السطح الأفقي للمكان الذي وضع فيه على هذه النقطة من الأرض ( كما في الشكل 1 / أ ) الموضح في أدناه نلاحظ بعد فترة من الزمن انحراف محور الدوران ( H ) الذاتي للجايروسكوب عن وضعه العمودي نسبة إلى النقطة التي وضع فيها على الأرض كما في
( كما في الشكل 1 / ب ) وهذا ناتج عن دوران الأرض حول نفسها مع محافظة الجايروسكوب على اتجاه دوران ثابت في الفراغ ( يلاحظ احتفاظ محور الدوران الذاتي للجايروسكوب على اتجاه ثا بت في الفراغ نحو قرص الشمس كنقطة دالة في هذا المخطط ) واذا ما عرفنا إن الأرض تدور بسرعة زاوية ( э ) مقدارها ( 15 د/سا ) أي إن موقعنا على الأرض يتغير بمقدار خمسة عشر درجة بعد مرور كل ساعة من الوقت وهذا يعني إن اتجاه محور الدوران الدوران الذاتي للجايروسكوب يزداد انحرافا عن وضعه العمودي نسبة إلى النقطة الموضوع فيها على الأرض كلما مر مزيدا من الوقت ويصبح موازيا لسطح الأرض بعد مرور ( 12 ) ساعة ثم يعود إلى وضعه العمودي بعد مرور ( 24 ) ساعة أي يوما كاملا .
مما جاء أعلاه نلاحظ كيف إن الجايروسكوب قد حافظ على اتجاه دوران ثابت في الفراغ إثناء دوران الأرض حول نفسها كما نستنتج تأثير دوران الأرض حول نفسها على الجايروسكوبات بشكل عام بسبب خاصية الثبات فيها .
تأثير طيران الطائرة ( حركة الطائرة نسبة للا رض ) على الجايروسكوبات
لو وضعنا جايروسكوب بحيث يكون محور دورانه الذاتي ( H ) عموديا على مستوى السطح الأفقي للطائرة وبنفس الوقت عموديا على مستوى سطح الأرض عند نقطة معينة عليها ( كما في الشكل 1 / ج / I )
بعد إن تنتقل الطائرة من النقطة رقم ( I ) إلى النقطة رقم ( II ) ( لاحظ الشكل 1 / ج ) نلاحظ إن محور الدوران الذاتي للجايروسكوب ( H ) قد حافظ على اتجاهه في الفراغ ( احتفاظ محور الدوران الذاتي للجايروسكوب على اتجاه ثا بت في الفراغ نحو قرص الشمس كنقطة دالة في هذا المخطط ) .
مما جاء أعلاه نلاحظ وبسبب خاصية الثبات كيف إن الجايروسكوب قد حافظ على اتجاه دوران ثابت في الفراغ إثناء طيران الطائرة في الجو وانتقالها من النقطة رقم ( I ) إلى النقطة رقم ( II ) كما نستنتج تأثير حركة الطائرة في الجو على الجايروسكوبات المركبة عليها
الشكل ( 1 ) ادناه يوضح خاصية الثبات في الجايروسكوبات وتأثير دوران الأرض وطيران الطائرة عليها بسبب هذه الخاصية .
كيفية معالجة الأخطاء الجايروسكوبية
.منظومة إزالة الأخطاء الجايروسكوبية الناتجة عن دوران الأرض حول نفسها أو عن حركة الطائرة في الجو نسبة إلى الأرض أو عن كليهما معا:
تتألف هذه المنظومة من الأجزاء التالية :
1) آلية تحسس كهروميكانيكية تتألف من :
• بندول سائلي
• دائرة كهربائية
2) موتورات التصحيح الطولي والعرضي ( الشكل 2 )
تعمل هذه المنظومة بجزأيها بشكل مشترك فالجزء الأول ( 2 / أ ) يمثل جزء الاستشعار وإرسال الإشارات الكهربائية المناسبة اللازمة للتصحيح إلى الجزء الثاني ( 2 / ب ) الذي يمثل آلية تنفيذ هذا التصحيح وهي موتورات التصحيح
مبدأ عمل منظومة التصحيح
يستخدم البندول السائلي لغرض استشعار الوضع العمودي أو الأفقي لمحور الدوران الذاتي للجايروسكوب (H ) إثناء الطيران حيث يوضع هذا البندول ( الشكل 2 / ب ) في الجزء السفلي من العقدة الجايروسكوبية .
في حال حصول أي انحراف لمحور الدوران الذاتي للجايروسكوب ( H ) عن وضعه المحدد في المنظومة
يقوم البندول السائلي بإرسال الإشارة المناسبة إلى ماطور التصحيح المناسب . فالبندول السائلي ( الشكل 2 / أ ) عبارة عن وعاء معدني مملوء بسائل موصل للتيار الكهربائي وذو مقاومة نوعية عالية ويحتوي على فقاعة هوائية إضافة إلى أربعة ملامسات كهربائية ( 1-2-3-4 ) ونقطة خامسة تمثل ( نقطة التوصيل الأرضي للبندول) وهي ارتباط جسم البندول مع جسم الطائرة .
فعندما يكون البندول في وضع أفقي فان جميع النقاط الأربعة تكون مغطاة بالسائل بشكل متساوي والفقاعة
الهوائية في الوسط والمقاومة الكهربائية لنقاط التوصيل الأربعة (1 ـــ 3 ) و ( 2 ـــ 4 ) متساوية أي إن البندول في حالة توازن كهربائي وفرق الجهد الكهربائي بين هذه النقاط الأربعة تساوي صفر :V1 = 0 و V2 = 0 حيث إن V1) هي الفولتية على أطراف النقاط ( 2 ــــ 4 ) و( V2 ) هي الفولتية على إطراف النقاط ( 1 ـــ 3 ) نفرض إن وعاء البندول السائلي ( 1 ) قد انحرف باتجاه معين وذلك يحصل عند خروج محور الدوران الذاتي للجايروسكوب ( H ) عن الوضع العمودي ( الموضح في الشكل 2 / ب ) بسب دوران الأرض حول نفسها أو بسبب حركة الطائرة في الجو فان ذلك سيؤدي بالفقاعة الهوائية إلى إن تأخذ وضعا مناسبا لاتجاه ذلك الانحراف وستتغير تغطيتها لملامسات البندول ( 1 ــ 2 ) و ( 3 ـــ 4 ) مما سيؤدي إلى تغير قيم المقاومات لهذه الملامسات أن وضع الفقاعة الهوائية في (الشكل 2 / أ ) يجعل المقاومة بين النقطتين ( 0 ـــ 1 ) اكبر من المقاومة بين النقطتين ( 0 ــــ 3 ) وهذا يجعل التيار ( i1 ) المار بملف التحكم ( OY1 ) اصغر من التيار ( i2 ) المار بملف التحكم ( OY2 ) لموطور التصحيح العرضي وبما إن الملفين ( OY1 ) و( OY2 ) مربوطين في الدائرة الكهربائية لموتور التصحيح العرضي بشكل متقابل لذلك فان الفرق بين التيارين
سيسبب ظهور فيض مغناطيسي . وبسبب التأثير المتبادل بين هذا الفيض وبين الفيض المغناطيسي المتولد من ملف إثارة الماطور نفسه سيتولد عزم دوران . وبما إن روتر موتور التصحيح العرضي ( 2 ) ( لاحظ الشكل 2 / ب ) مربوط مع الإطار الخارجي للجايروسكوب ( بالنسبة لماطور التصحيح الطولي مربوط مع الإطار الداخلي ) فان ظهور هذا العزم سيعني وقوع الإطار الجايروسكوبي تحت تأثير هذا العزم مما سيتسبب في دخول الجايروسكوب في عملية طواف حول محور ( X ) وبتأثير هذا الطواف سيعود محور الدوران الذاتي للجايروسكوب إلى وضعه الابتدائي . علما إن طواف الجايروسكوب يستمر إلى إن يزول تأثير العزم الخارجي بالكامل وهذا سيحدث فقط عندما يعود الجايروسكوب إلى وضعه العمودي وتعود معه الفقاعة الهوائية إلى وسط وعاء البندول السائلي ويعود التوازن إلى الدائرة الكهربائية للملامسات الأربعة
( 1 ـــ 2 ) و ( 3 ـــ 4 ) في البندول السائلي حيث يتساوى التياران ( i1 = i2 ) وتصبح الفولتية
( V = 0 ) عندها سيتوقف موتور التصحيح العرضي عن الحركة وتصبح قيمة العزم الخارجي تساوي
( صفر ) ويكون محور الدوران الذاتي للجايروسكوب ( H ) قد عاد إلى الوضع العمودي .
يعود الجايروسكوب إلى الطواف كلما ظهر عزم خارجي وبذلك يتم باستمرار المحافظة على الوضع العمودي للجايروسكوب بواسطة منظومة المراقبة ( دائرة البندول السائلي الكهروميكانيكية ) ومنظومة التحكم والتنفيذ
( ماطورات التصحيح (2) و (3)/ الشكل2 / ب والإلية المرتبطة معها والجايروسكوب
يقوم موتور التصحيح العرضي (2) بمعالجة الانحرافات الجايروسكوبية الحاصلة على المحور العرضي أي بإزالة الأخطاء الجايروسكوبية الناتجة عن انحرافات محور الدوران الذاتي ( H ) على هذا المحور .
ويقوم ماطور التصحيح الطولي (3) (الشكل 2 / ب ) بمعالجة الانحرافات الجايروسكوبية الحاصلة على المحور الطولي أي بإزالة الأخطاء الجايروسكوبية الناتجة عن انحرافات محور الدوران الذاتي ( H ) على هذا المحور وبذلك يتم المحافظة عل عمودية محور الدوران الذاتي ( H )على المكان نسبة للمحورين الطولي والعرضي .
كيفية معالجة الأخطاء التصنيعية
يتم معالجة هذا النوع من الأخطاء من خلال رفع الدقة في جودة صناعة أجزاء الجايروسكوب والتي تشمل العجلة الجايروسكوبية ( روتر الماطور الجايروسكوبي ) والأطر الجايروسكوبية ونقاط تعليق هذه الأطر والبندول السائلي ( العقدة الجايروسكوبية ) .بحيث يكون مركز الثقل العام لجميع أجزاء الجايروسكوب متوازن بدرجة عالية من الدقة تصل إلى 100 % لنحصل على اعلي درجة من الاستمرارية والاستقرارية .
والعرضي بصورة مستمرة .
أولا. الأخطاء الناتجة عن الاحتكاك وكيفية إزالتها
نفرض إن جايروسكوب ذو ثلاث درجات من الحرية مثبت على جسم طائرة في حالة تنفيذ الطائرة دوران باتجاه معين وليكن عكس اتجاه عقرب الساعات حول المحور العمودي ( Y ) كما في ( الشكل 3 ) فان ذلك سيؤدي إلى ظهور عزم احتكاك ناتج عن الاحتكاك الحاصل في البيرنجات bearings التي تم بواسطتها تثبيت محور دوران الإطار الخارجي للجايروسكوب مع هيكل الطائرة ( ويحدث هذا بسبب الإحتكاك ما بين الحلقات rings Gimbals و كراسي التحميل( bearings . يعتبر عزم الاحتكاك بمثابة عزم خارجي مؤثر على الإطار الخارجي للجايروسكوب ونتيجة لتأثير هذا العزم فان الجايروسكوب سيدخل في حالة طواف
Precession ) ) مما يؤدي إلى دوران الإطار الداخلي للجايروسكوب حول محور ( X ) ويكون اتجاه العزم الجايروسكوبي (Мg) معاكس لاتجاه عزم الاحتكاك ( Mfr ). مما جاء أعلاه يتبين إن : Mg = - Mg Mfr وبمعنى أخر فان العزم الجايروسكوبي ( Мg ) يعتبر قوة ممانعة لدوران الإطار الداخلي للجايروسكوب حول محور ( X ) وهذا يبين مدى الاستقرارية التي يتمتع بها الجايروسكوب . علما إن هذه الاستقرارية تزداد كلماانخفض الاحتكاك وذلك يتحقق برفع جودة صناعة البيرنجات bearings ( نقاط تعليق الأطر الجايروسكوبية أو ما يسمى بكراسي التحميل ) .
ثانيا. الأخطاء الناتجة عن الوزن والجاذبية الأرضية :
إن الكتلة الجايروسكوبية يجب إن تكون على قدر عالي جدا من الموازنة أي إن مركز ثقل العجلة الجايروسكوبية يجب إن يتطابق مع نقطة تقاطع محاور دوران الأطر الجايروسكوبية ( الداخلي والخارجي ) وفي حالة عدم تحقيق ذلك فانه وكما موضح في الشكل ( 4 ) أدناه سيظهر عزم خارجي سيؤثر على الجايروسكوب ناتج عن تأثير قوى الجاذبية الأرضية أو ما يسمى بقوة التعجيل الأرضي ( g ) . مقدار هذا العزم (m g ) مضروبا في مقدار انحراف مركز ثقل الجايروسكوب عن مركز تقاطع المحور ( X Y Z ) بمسافة مقدارها ( L ) .
نقاط اخرى تساعد في تقليل الاخطاء الجايروسكوبية :
يجب التأكيد على ضرورة التقيد ببرامج الصيانة والاستخدام عند ممارسة العمل على الأجهزة والمنظومات الجايروسكوبية وهذا ما يساعد على اعلىدقة وأطول عمر استخدام لهذه الأجهزة لأنها تتميز بحسا سية عالية إزاء حالات عدم الاستخدام الصحيح كتعريض هذه الأجهزة للصدمات الميكانيكية وعدم استقرار مصدر التغذية الكهربائية الخاص بها . وكمثال على الاستخدام الصحيح يجب عدم رفع الأجهزة الجايروسكوبية ألا بعد قطع التغذية الكهربائية بفترة زمنية لا تقل عن ( 45 ) دقيقة من لحظة القطع وهي الفترة اللازمة للتوقف الكامل للعجلة الجايروسكوبية كما انه يجب حمل هذه الأجهزة دائما بالمستوى الأفقي بعد رفعها من أماكنها من الطائرة لإغراض الصيانة والحرص على عدم تعريضها للصدمات إثناء النقل من مكان لأخر , ثم التأكد من إعادتها إلى الوضع الذي كانت عليه عند إعادة تركيبها في الطائرة .
التعديل الأخير بواسطة المشرف:
