------------------------------------------------------------------------------------
По способу определения местоположения движущегося объекта инерциальные системы навигации относятся к системам счисления пути. Счисление пути в них производится двойным интегрированием ускорений, испытываемых движущимся объектом за время движения. Измерителями ускорений являются специальные устройства, называемые акселерометрами.
Принцип работы инерциальных систем известен довольно давно, однако приемлемые для практики системы появились только в пятидесятые годы нашего столетия, поскольку точность работы инерциальных систем зависит от точности элементов ее составляющих: акселерометров, гироскопов, счетно-решающих устройств и т. д.
Инерциальные системы навигации полностью автономны и помехоустойчивы. Их работа не зависит ни от работы радиотехнических средств, ни от магнитного поля Земли, ни от атмосферных условий и других факторов, что естественно полностью удовлетворяет требованиям безопасности полетов.
Основным чувствительным элементом инерциальной системы является акселерометр. Известно большое количество различных конструкций акселерометров для измерения линейных и угловых ускорений, но в каждом из них имеется некоторая масса и измерение ускорения сводится либо к измерению перемещения этой массы под действием ускорения, либо к измерению сил, действующих на эту массу.
Простейший акселерометр для измерения линейных ускорений представляет собой массу 1 (рис. 11.1), связанную с корпусом прибора пружинами 2. Масса 1 может перемещаться относительно корпуса прибора по направляющим 3 вдоль оси измерения или оси чувствительности х. Корпус прибора жестко крепится на объекте (самолете).
Рис. 11.1. Принципиальная схема акселерометра: 1—масса; 2—пружины; 3—направляющие
Если самолет находится в покое или движется с постоянной скоростью в направлении оси чувствительности, то масса 1 не перемещается по направляющим, поскольку отсутствуют силы растягивающие пружины. При движении самолета по направлению оси х с ускорением а масса 1 в силу своей инерционности будет отставать от движения самолета, так как согласно второму закону Ньютона на нее будет действовать инерционная сила:
F = ma,
где т — масса чувствительного элемента; а — ускорение.
Эта сила и вызывает перемещение массы в сторону, противоположную действию ускорения. Движение массы будет продолжаться до тех пор, пока сила противодействия пружин, не уравновесит инерционную силу.
Поскольку противодействующая сила пружины зависит от жесткости пружины и величины ее растяжения.
Поскольку масса и жесткость пружины в приборе постоянны, то перемещение массы является мерой действующего ускорения.
Следует заметить, что акселерометр не измеряет ускорения силы тяжести, вызванного гравитационной силой, так как поле тяготения в одинаковой степени воздействует как на чувствительную массу, так и на самолет. Акселерометр, будучи установленный на тело, свободно падающее в безвоздушном пространстве, будет иметь нулевые показания.
Однако если самолет совершает прямолинейный горизонтальный полет с постоянной скоростью, то в горизонтальной плоскости на него действует сила тяги двигателей Р и противоположная ей но направлению сила аэродинамического сопротивления воздуха Qx, а по направлению вертикали — аэродинамическая подъемная сила Yи сила от веса самолета G.
Если ось чувствительности акселерометра направить по вертикали, то акселерометр измерит величину ускорения которое численно равно ускорению силы тяжести g, но направлено вверх и вызвано негравитационной аэродинамической подъемной силой. Следовательно, при построении инерциальных систем навигации, предназначенных для аэродинамических объектов, считается, что акселерометры как бы реагируют на ускорение силы тяжести, хотя это и не так.
Таким образом, инерцнальная система навигации путем двойного интегрирования ускорения самолета осуществляет определение пройденного пути. Для определения местоположения самолета в любой момент времени необходимо также знать и направление движения его, т. е. измерительная ось акселерометра должна быть определенным образом ориентирована относительно вектора путевой скорости самолета в горизонтальной плоскости.
В то же время акселерометр должен измерять только горизонтальные ускорения самолета, для чего его измерительная ось должна быть определенным образом ориентирована и в горизонтальной плоскости, причем требования к такой ориентации весьма жесткие. Так, например, если измерительная ось акселерометра составляет с плоскостью горизонта угол а и такой акселерометр установлен на самолете, летящем с горизонтальным ускорением а. Так, если задаются ошибкой, равной 10 км, и временем полета 1ч, то точность ориентации измерительной оси относительно плоскости горизонта должка быть не хуже 0,9', что представляет, конечно, высокую точность стабилизации, осуществить которую технически весьма сложно.
