图1－14
主轴在方位上的变化
图1－15
主轴在高度上的变化
陀螺仪视运动
陀螺仪视运动
陀螺仪的视运动规律
北东南西, 东升西降
指北端升降角速 度:
1Y 1 sin
水平偏移角速度矩施加
下重式罗经的控制力矩 重心G低于其几何中心 O约a=8mm
动量矩 指北
转子
陀螺球
控制力矩施加
陀螺罗经误差
误差： ➢ 船舶真航向TC与罗经航向GC之间的差角。 ➢ 罗北（NG）与真北（N）差角。 分类： ➢ 1. 原理误差：纬度误差、速度误差、冲击误差、
摇摆误差 ➢ 2. 安装（固定）误差：基线误差
陀螺罗经误差
纬度误差
斯伯利系列r
r
M D tg M
H2
M
阿玛
勃朗系列r
r
KZ tg KY
陀螺仪特性
定义：高速旋转的对称钢体（转子）及保证转 子自转轴（主轴）能指空间任意方向的悬挂装 置的总称。
陀螺仪特性
定轴性：不受任何外力矩作用的自由陀螺仪的 主轴将保持其初始空间方位不变。
进动性：在外力矩M的作用下，3自由度陀螺 仪主轴动量矩H矢端将以捷径趋向外力矩M矢 端作进动。
陀螺仪特性
航海仪器
航海仪器 课程目录
第一节 陀螺罗经 第二节 船用磁罗经 第三节 船用回声测深仪 第四节 船用计程仪 第五节 卫星导航系统 第六节 船舶自动识别系统 第七节 船舶航行数据记录仪 第八节 船舶远程识别与跟踪系统 第九节 综合驾驶台系统
第一节 陀螺罗经
陀螺仪特性 陀螺仪视运动 控制力矩施加 阻尼力矩施加 陀螺罗经误差 安许茨罗经 斯伯利罗经 阿玛勃朗罗经
向 上的视运动
陀螺罗经误差
速度误差
在上图中根据V1=V3,有
V cosC
(1
VE Re
) rv
VN Re
rv
Re
1
V
sin Re
C
V cosC
阻尼力矩施加
安许茨系列——水平阻尼
安许茨系列罗经在稳定位置时有
M
u3 u3
u3
u3 u3
H
u3 u3 u3
u3
W
M
稳定位置：
r
r
0
H2
M C
r
H E
阻尼力矩施加
斯伯利系列——垂直阻 尼
斯伯利系列罗经是在陀螺马达 外壳上方偏西放一阻尼重物的 直接阻尼法产生垂直轴阻尼力 矩。
阻尼力矩施加
斯伯利系列——垂直阻尼
进动公式 当H、M和 p 相互垂直时，有
进动公式
p
M H
X
H
Z
pz
O
Y
My
（1）M＝0，即无外力矩时，自由陀螺仪表现为稳定性；
（2）M≠0，即有外力矩时，自由陀螺仪表现为进动性； （3）M作用在OY轴上，则 作用在OZ轴上；当M作用在
OZ轴上，则 作用在OY轴上。
陀螺仪视运动
自由陀螺仪在地球上的视运动
主轴指北端作椭圆摆动一周所需的时间称为等幅摆动周期（或称椭圆 运动周期、无阻尼周期）。其大小为
T0 2
H 2 Me cos
H
M1
等幅摆动周期T0与罗经结构参数H、M及船舶所在地理纬度φ关,而与主 轴起始位置无关α当罗经结构参数H、M确定后, T0随纬度增高而增大。
为了消除摆式罗经的第一类冲击误差,在罗经设计纬度φ0上必须使T0=84.4min, 此时的T0。称之为舒拉周期。
MY
Y
阻尼力矩施加
斯伯利系列——垂直阻尼
斯伯利系列罗经在稳定位置时有：
M
r
u3 u3 u3 u3
H
W
M
稳定位置： r
KZ KY
tg
r
H2 KY
u3
u3
u3 u3
u3
r
H
E
阻尼力矩施加
阻尼曲线
阻尼因数： f
1 2
3 4
n n1
阻尼因数表示主轴在方位角上减幅摆动过程的快慢程度
，通常在2.5~4之间
下重式罗经自动找北
控制力矩施加
液体连通器式罗经控制力矩施加
控制力矩施加
液体连通器式罗经自动找北
控制力矩施加
电控式罗经自动找北
Z
自由陀螺仪，动量矩指北
电磁摆、水平力矩器产生控
制力矩
X
放大器
垂直力矩器 放大器
H
O
电磁摆
Y
水平力矩器
控制力矩施加
施加控制力矩后指北端运动轨迹
控制力矩施加
等幅摆动周期
采用电气解算装置，计算出纬度误差并输出按纬度变化的电信号 送力矩器，对罗经施加补偿力矩使主轴回到子午面，从而根本上消除 误差。
实际采用内补偿法施加补偿力矩的方法有两种： ① 垂直轴OZ施加补偿力矩，如斯伯利MK37型罗经。 ② 水平轴OY施加补偿力矩，如电磁控制式罗经。
陀螺罗经误差
速度误差
船舶作恒速恒向航行时 ，罗经主轴的稳定位置 与罗经在静止基座上主 轴的稳定位置之间在方 位上的偏差角。
斯伯利系列罗经在稳定位置时有：
M
r
u3 u3 u3 u3
H
W
M
稳定位置： r
r
MD M H2 M
tg
u3
u3
u3 u3
u3
r
H
E
阻尼力矩施加
阿玛勃朗系列——垂直
阻尼
Z
阿玛-勃朗系列罗经采用电磁 摆和垂直力矩器的间接阻尼法 产生阻尼力矩。。
X
N
放大器
垂直力矩器 放大器
水平力矩器
H O S
电磁摆
阻尼力矩施加
阻尼的目的：
➢ 将等幅运动变为减幅运动，最后衰减至子午面 上的某个稳定位置，以实现稳定指北。
阻尼的方法：
➢ 压缩长轴法——水平轴阻尼法（安许茨） ➢ 压缩短轴法——垂直轴阻尼法（斯伯利、阿玛
勃朗）
阻尼力矩施加
安许茨系列——水平阻 尼
安许茨系列罗经液体阻尼器由 固定在陀螺球主轴两端的两个 相互连通的液体容器组成，内 充高粘度硅油。容器内液体流 动滞后于主轴俯仰约四分之一 个自由摆动周期。当罗经主轴 自动找北时，主轴的俯仰使两 个容器中的液体数量不相等， 多余液体的重力在陀螺球水平 轴产生阻尼力矩。
H2
KY
由r 可知，采用垂直轴阻尼的陀螺罗经，其主轴指
北端的稳定位置（在方位上）不在子午面内，而是偏离
子午面一个角度，这个角度称为纬度误差。
陀螺罗经误差
消除：
➢ 外补偿法（机械补偿法） 根据误差公式，采用机械解算装置求出纬度误差的数值和符号，
移动航向基线或转动刻度盘，从而在罗经示度中消除误差，而罗经主 轴稳定位置不变，仍偏离子午面。 ➢ 内补偿法（力矩补偿法、电气补偿法）
陀螺罗经误差
速度误差
船舶运动速度产生新的牵连动分量
VVEN
V cosC V sin C
船舶在地球上牵连动角速度在地理坐标中的分量
N
1
VE Re
W
VN Re
Z0
2
VE Re
tg
陀螺罗经误差
速度误差
航速的北向分量
西向 ω
船舶所在的水平面
的北半部向下偏转
主轴向 西偏离一个
方位角
陀螺仪主轴产生