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陀螺儀可用于各種類(lèi)型航空儀表的慣性導航系統和基本輸入系統，是實(shí)現飛行和飛行自動(dòng)化的關(guān)鍵部件。這次我們的拆解對象就是一個(gè)用于波音747飛機的Sperry垂直陀螺儀。 根據這個(gè)陀螺儀外殼上標注的1975年再測試標簽，估計它是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，但這個(gè)立方形外殼設計的Sperry盒子可不算輕巧，其邊長(cháng)約25cm，重量接近10kg。雖然外殼和內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)測量飛機的側傾角度(橫滾)和姿態(tài)(俯仰角)。其名稱(chēng)源于設計核心是一個(gè)轉軸呈垂直方向的旋轉體。 內部架構 整個(gè)裝置內部分為上下兩部分，上半艙容納陀螺儀的機電設備，下半艙則包含了所有的系統電子器件。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連接器與飛機實(shí)現連接。 兩個(gè)自由度相當于兩軸運動(dòng)，由旋轉軸支撐的平衡環(huán)用于監測每個(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，這個(gè)大框架通過(guò)橡膠懸掛點(diǎn)與外殼連接，估計是為了減輕振動(dòng)對陀螺儀輸出的影響。 位于內框架結構中的就是旋轉體(或者調速輪)，這是陀螺儀的核心部分。利用一個(gè)電樞來(lái)使調速輪旋轉，并保持旋轉，以此啟動(dòng)陀螺儀工作流程。調速輪裝置很沉重，但的確是一塊精妙的車(chē)削金屬，充滿(mǎn)了各種尺寸的轉孔層，以便成形后實(shí)現完美的平衡狀態(tài)。我不清楚調速輪的轉速是多少，但它有可能相當高，所以即使輕微的失衡也是無(wú)法容忍的。 在大多數基本條件下，較大的外平衡環(huán)感測橫滾，而內平衡環(huán)(位于調速輪裝置中)感測俯仰角度。就像許多人從“旋轉的自行車(chē)車(chē)輪”實(shí)驗中所學(xué)到的，調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)，調速輪必須處于恰當的位置。 如何感測調速輪和橫滾/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(xiàn)圈繞組(圖中標注為平衡環(huán)感應線(xiàn)圈)，用來(lái)感應檢測位移。更具體地說(shuō)，這些線(xiàn)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信號驅動(dòng)內部線(xiàn)圈，同時(shí)有一個(gè)外部線(xiàn)圈根據不同相位外層繞組的感應電壓來(lái)檢測角偏移。由于看不到電位計，所以最可能的位移測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平衡環(huán)內側，因此其本身的饋電量相當驚人。調速輪電樞負責驅動(dòng)電流，讓同步器/分解器或其它可能的信號得以通過(guò)從每個(gè)平衡環(huán)軸心伸出的柱狀體的精細電刷觸點(diǎn)。每個(gè)柱狀體均具有專(zhuān)用接觸帶，在一個(gè)旋轉觸點(diǎn)中，能對應到柱狀體上每個(gè)接觸帶的獨立線(xiàn)路，以完成7個(gè)連接，從而實(shí)現內部線(xiàn)束的連接。 模擬藝術(shù) 下半艙的電子器件必須完成所有的線(xiàn)圈驅動(dòng)和角位移檢測工作，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動(dòng)電樞可旋轉調速輪；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，以及每個(gè)平衡環(huán)軸上同步器/分解器線(xiàn)圈的位移輸出。盡管這些板子在結構和元件密度上都是傳統老式的，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)可以把系統整合在一起，但航線(xiàn)維護人員必需確保飛機能夠保持飛行狀態(tài)，因此裝置上標注有“確保仔細無(wú)誤完成安裝”的外部標識。裝置頂部的自動(dòng)駕駛儀控制通道對準標記和一組極化安裝點(diǎn)，可確保飛機俯仰和橫滾時(shí)不會(huì )錯位，并使爬升/俯沖/左側傾/右側傾指示能夠保持正確定向。還有一些標示安裝必須謹慎的標簽，諸如“謹慎操作”、“精密設備”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陀螺儀現已退役，但其機電技術(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。 |
