飞行器考试.docx

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飞行器考试

第一题陀螺仪的进动性/概念、方向判别、推导（1.P44）

概念：

当陀螺仪的转子绕主轴高速旋转时，若其受到与转子轴垂直的外力矩作用，则转子轴并不按外力矩的方向转动，而是绕垂直于外力矩的第三个正交轴转动，陀螺仪的动量矩相对惯性空间转动的特性称为陀螺仪的进动性，也叫受迫进动。

方向判别：

陀螺仪进动角速度的方向取决于动量矩

和外力矩的方向。

在进动过程中，动量矩

沿最短路径趋向外力矩的方向，就是进动方向。

进动角速度矢量、动量矩矢量和外力矩矢量三者的方向可以用右手定则确定：

将四指伸向动量矩方向，然后以最短路径握向外力矩的右手旋进方向（拇指指向），就是进动角速度方向，如图4-22所示。

推导：

陀螺转子的动量矩

（角动量）等于陀螺转子绕自转轴的转动惯量

与转子自转角速度

的乘积：

陀螺进动方程：

根据动量矩定理，作用在刚体上的冲量矩等于刚体动量矩的增量。

动量矩为H的陀螺仪受到外力矩

的作用，则在

时间内作用在刚体上的冲量矩为

，而动量矩的增量

，则有

取极限得出进动角速度为

这样上式可以写成

由上式可知，当动量矩

为一定值时，进动角速度

的大小与外力矩的大小成正比；进动外力矩为一定时，进动角速度

的大小与动量矩的大小成正比。

若动量矩和外力均为一定值时，则进动角速度也保持一定值。

第二题惯导系统/平台式、捷联式的特点（2.P42;2.P56;3.P4;4.P236）

平台式惯导系统的特点：

平台式惯导系统中，用机电控制方法建立物理实体平台，用于模拟所要求的导航坐标系。

由于有惯性平台隔离了运载体的角运动，导航坐标系的旋转又十分缓慢，所以平台式惯导系统中陀螺的动态范围可以很小，导航计算机的解算负担也比较轻。

平台式惯导系统的最大缺点是结构复杂、体积大、重量大、可靠性差。

随着激光陀螺批量制造技术的成熟，捷联式惯导系统正在各个领域逐步取代平台式惯导系统，特别是诸如飞机、导弹等中低精度应用领域几乎都采用捷联式惯导系统。

捷联式惯导系统的特点：

捷联式惯导系统在结构安排上没有机械式的陀螺稳定平台，陀螺仪和加速度计等敏感元件直接固定在载体上，两类敏感元件的输入轴都与飞行器的体轴相重合。

因此，陀螺仪和加速度计所获得的都是相对于飞行器坐标系上的运动信息，需要经过数学转换，才能获得相对地理坐标系的运动信息。

捷联式惯导系统的最大特点是依靠算法建立起导航坐标系，即物理平台以数学平台代替，从而使其结构简单、体积小、重量轻、成本低、维护简单、可靠性高，还可通过余度技术提高系统的容错能力，但这些好处是以复杂的算法设计和繁重的计算负荷换取的。

另外，捷联式惯导以姿态更新解算作为其关键算法。

但是，捷联式惯导系统遇到的困难是载体把自身的振动直接传递给测量元件，从而恶化它们的工作条件；要求陀螺仪能在大输入范围工作且要保持良好的线性度；同时该系统还要求计算机有大的容量和快速性。

目前，飞机用捷联式惯导系统已经商品化。

附加：

两者比较

XX百科：

捷联式惯性导航系统在工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰破坏，是一种自主式导航系统。

捷联式惯性导航系统与平台式惯性导航系统比较有两个主要的区别：

①省去了惯性平台，陀螺仪和加速度计直接安装在飞行器上，使系统体积小、重量轻、成本低、维护方便。

但陀螺仪和加速度计直接承受飞行器的振动、冲击和角运动，因而会产生附加的动态误差。

这对陀螺仪和加速度计就有更高的要求。

②需要用计算机对加速度计测得的飞行器加速度信号进行坐标变换，再进行导航计算得出需要的导航参数（航向、地速、航行距离和地理位置等）。

这种系统需要进行坐标变换，而且必须进行实时计算，因而要求计算机具有很高的运算速度和较大的容量。

参考书：

第三题休拉调谐/公式推导（推导出L=R）（2.P114）

休拉调谐：

休拉调谐：

不受加速度影响的数学摆。

1910年休拉（德）发现当陀螺罗经的无阻尼振荡周期为84.4分时，罗经的指北精度不再受外界加速度干扰，1923年发表论文详细阐述了惯性系统的无干扰条件，即休拉调谐原理。

公式推导：

休拉调谐的实现途径：

复摆、陀螺、休拉调整平台。

第四题速度系与弹体系的定义/它们之间的转换矩阵（详细过程）（1.P24;4.P40）

定义：

转换矩阵：

（PPT中内容）

速度系与弹体系：

侧滑角β：

速度矢量与弹体纵向对称平面之间的夹角；

攻角α：

速度矢量在弹体纵向对称平面Ox1y1内的投影与Ox1之间夹角。

（参考书中内容）

PPT中：

第五题追踪法（5.P95）

追踪法的特点：

1）实现简单，风标，目标位标器；

2）总绕到目标后方攻击，命中点附近弹道较弯曲，受极限法向过载限制，不能实现全向攻击；

3）速度比受到严格限制，1与2之间；

4）应用较少。

第六题速率反馈（6.P192）