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导航系统的又一次飞跃

2019年12月16日 19:24  点击:[]

 惯性导航系统在20世纪60年代后开始进入民航。它由陀螺仪和加速度计组成。陀螺仪可以测量出飞机在各个方向角速度的变化,它的构造原理与地平仪相同。加速度计是用来测量飞机在各个轴直线方向上速度的变化。加速度计的构造原理不算复杂。当人在面朝前方乘车时,如果车辆迅速起动,人就会被一个力压到座椅靠背上。如果车辆急刹车,人的身体又会被抛向前方,这些都是加速度的作用。把一个质量块用弹簧和飞机结构连在一起,此质量块和它下面的支持面如果摩擦极小,可以自由移动的话,那么当飞机减速时,质量块向前运动,弹簧会被压缩;飞机加速时,质量块后移,弹簧就被拉长。测量此时弹簧的长度就可以算出加速度的大小。相对飞机的三个轴分别安装三个专用的加速度计,这样就可以测出飞机在每个轴方向上的加速度。根据物理定理和数学运算得知,如果知道了物体每一时刻的加速度,只要再知道了它的起始速度就能得出任一时刻的速度。如果知道物体出发的位置,运用数学公式可以得出此物体离开出发点的距离。用三个加速度计和三个陀螺仪组成了惯性测量系统,把飞机在它的三个轴上的角度变化率(角加速度)和加速度分别测出来,再用计算机对这些数据进行运算就能得出飞机在任一时刻的速度、姿态的数据。进一步就可以算出飞机已飞行的距离、方向和实际的位置。并且计算机还可以提前为飞机算出应该采用什么样的航向、速度以使飞机按照预先设定的航线飞行。惯性导航系统不依赖地面设施的帮助,飞机可以用它实现自主导航。惯性导航系统依靠在初始的位置上把以后得到的数据不断加上去来得到所需的数据,因此初始的位置数据如果不精确,以后所得出的一系列数据就都不准确。为了防止这种失误,飞机在起飞前必须在机场把当地的数据(经、纬度等)准确无误地输入系统,并对惯性导航的各种数据予以校准。惯性导航在数学运算方面,主要是使用连续相加(积分)的办法,如果每一个数据出现一点微小的误差,经过多次相加,累积起来,最后得出的数据将会与真实情况出现很大的误差,这是它长期得不到实用的主要原因。

  其实在飞机出现前l50年,英国物理学家牛顿就用这种方法计算出行星运行的轨道位置。可是在飞机发明后的几十年,惯性导航仍未能用到航空上去,主要因为当时这种仪器的制造精度不够而且也缺乏能准确快速运算的计算机与之配套所致。如今惯性导航仪的误差已缩小到飞行l0000千米只有不到400米的程度。

 来源:中国民用航空局——民航百科

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