關(guān)鍵字： 陀螺儀 傳感器 慣性導(dǎo)航

陀螺儀可用于各種類型航空儀表的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和基本輸入系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)飛行和飛行自動(dòng)化的關(guān)鍵部件。這次我們的拆解對(duì)象就是一個(gè)用于波音747飛機(jī)的Sperry垂直陀螺儀。

根據(jù)這個(gè)陀螺儀外殼上標(biāo)注的1975年再測(cè)試標(biāo)簽，估計(jì)它是1970年左右波音747剛面世時(shí)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(xiàng)，但這個(gè)立方形外殼設(shè)計(jì)的Sperry盒子可不算輕巧，其邊長(zhǎng)約25cm，重量接近10kg。雖然外殼和內(nèi)部組件都盡量采用鑄鋁，但最終效果仍然是一個(gè)笨重的大家伙。這種垂直陀螺儀主要用來(lái)測(cè)量飛機(jī)的側(cè)傾角度(橫滾)和姿態(tài)(俯仰角)。其名稱源于設(shè)計(jì)核心是一個(gè)轉(zhuǎn)軸呈垂直方向的旋轉(zhuǎn)體。

內(nèi)部架構(gòu)

整個(gè)裝置內(nèi)部分為上下兩部分，上半艙容納陀螺儀的機(jī)電設(shè)備，下半艙則包含了所有的系統(tǒng)電子器件。這兩半部分由陀螺儀基板分隔，通過(guò)一個(gè)DB-25連接器相連，再通過(guò)一個(gè)外部Cannon連接器與飛機(jī)實(shí)現(xiàn)連接。

兩個(gè)自由度相當(dāng)于兩軸運(yùn)動(dòng)，由旋轉(zhuǎn)軸支撐的平衡環(huán)用于監(jiān)測(cè)每個(gè)方向的變化(俯仰和橫滾)。這些平衡環(huán)都位于一個(gè)大框架內(nèi)，這個(gè)大框架通過(guò)橡膠懸掛點(diǎn)與外殼連接，估計(jì)是為了減輕振動(dòng)對(duì)陀螺儀輸出的影響。

位于內(nèi)框架結(jié)構(gòu)中的就是旋轉(zhuǎn)體(或者調(diào)速輪)，這是陀螺儀的核心部分。利用一個(gè)電樞來(lái)使調(diào)速輪旋轉(zhuǎn)，并保持旋轉(zhuǎn)，以此啟動(dòng)陀螺儀工作流程。調(diào)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(zhuǎn)孔層，以便成形后實(shí)現(xiàn)完美的平衡狀態(tài)。我不清楚調(diào)速輪的轉(zhuǎn)速是多少，但它有可能相當(dāng)高，所以即使輕微的失衡也是無(wú)法容忍的。

在大多數(shù)基本條件下，較大的外平衡環(huán)感測(cè)橫滾，而內(nèi)平衡環(huán)(位于調(diào)速輪裝置中)感測(cè)俯仰角度。就像許多人從“旋轉(zhuǎn)的自行車車輪”實(shí)驗(yàn)中所學(xué)到的，調(diào)速輪要保持一定的方向，在飛行器和陀螺儀經(jīng)歷俯仰和橫滾變化時(shí)，調(diào)速輪必須處于恰當(dāng)?shù)奈恢谩?

如何感測(cè)調(diào)速輪和橫滾/俯仰平衡環(huán)之間的角位移不得而知。每一個(gè)平衡環(huán)中都有明顯可見(jiàn)的線圈繞組(圖中標(biāo)注為平衡環(huán)感應(yīng)線圈)，用來(lái)感應(yīng)檢測(cè)位移。更具體地說(shuō)，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(hào)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部線圈，同時(shí)有一個(gè)外部線圈根據(jù)不同相位外層繞組的感應(yīng)電壓來(lái)檢測(cè)角偏移。由于看不到電位計(jì)，所以最可能的位移測(cè)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(zhuǎn)平衡環(huán)內(nèi)側(cè)，因此其本身的饋電量相當(dāng)驚人。調(diào)速輪電樞負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)電流，讓同步器/分解器或其它可能的信號(hào)得以通過(guò)從每個(gè)平衡環(huán)軸心伸出的柱狀體的精細(xì)電刷觸點(diǎn)。每個(gè)柱狀體均具有專用接觸帶，在一個(gè)旋轉(zhuǎn)觸點(diǎn)中，能對(duì)應(yīng)到柱狀體上每個(gè)接觸帶的獨(dú)立線路，以完成7個(gè)連接，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部線束的連接。

Sperry垂直陀螺儀體現(xiàn)出的精湛機(jī)電技術(shù)至今仍令人贊嘆不已
模擬藝術(shù)

下半艙的電子器件必須完成所有的線圈驅(qū)動(dòng)和角位移檢測(cè)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(qū)動(dòng)電樞可旋轉(zhuǎn)調(diào)速輪；另一塊電路板看起來(lái)是一個(gè)多路放大器，可能用于振幅/相位檢測(cè)，以及每個(gè)平衡環(huán)軸上同步器/分解器線圈的位移輸出。盡管這些板子在結(jié)構(gòu)和元件密度上都是傳統(tǒng)老式的，但它們卻是模擬藝術(shù)的絕佳實(shí)例。

利用先進(jìn)的工程技術(shù)可以把系統(tǒng)整合在一起，但航線維護(hù)人員必需確保飛機(jī)能夠保持飛行狀態(tài)，因此裝置上標(biāo)注有“確保仔細(xì)無(wú)誤完成安裝”的外部標(biāo)識(shí)。裝置頂部的自動(dòng)駕駛儀控制通道對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記和一組極化安裝點(diǎn)，可確保飛機(jī)俯仰和橫滾時(shí)不會(huì)錯(cuò)位，并使爬升/俯沖/左側(cè)傾/右側(cè)傾指示能夠保持正確定向。還有一些標(biāo)示安裝必須謹(jǐn)慎的標(biāo)簽，諸如“謹(jǐn)慎操作”、“精密設(shè)備”和“操作小心”等都清楚表明了這個(gè)裝置的脆弱特性。

雖然Sperry陀螺儀現(xiàn)已退役，但其機(jī)電技術(shù)的卓越品質(zhì)，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。