www.mexanik.ru

ПРЕДИСЛОВИЕ

Задачи управления и навигации возникли еще в древности в связи с мореплаванием. Долгое время для решения этих задач использовались сравнительно простые навигационные инструменты. Так, в первой половине XIX столетия хронометр, магнитный компас и секстант были основными навигационными приборами. Повышение скоростей кораблей, появление новых подвижных объектов — подводных лодок, самолетов, в последнее время ракет, искусственных спутников Земли, космических кораблей — потребовало создания существенно более точных навигационных систем. При этом одной из наиболее важных задач явилась разработка соответствующих чувствительных элементов.

В 1852 г. Л. Фуко описал новый прибор и назвал его гироскопом. Этот прибор принципиально давал возможность воспроизвести инерциальную систему координат и определить направление оси вращения Земли.

Состояние приборостроения во времена Л. Фуко не позволяло реализовать его идеи и создать достаточно совершенные гироскопические приборы. Однако именно с этого времени начинается развитие гироскопической техники.

В результате длительных усилий ученых, инженеров и технологов было достигнуто высокое совершенство гироскопических приборов; в настоящее время различные модификации этих приборов являются основными датчиками исходной навигационной информации. Ни один подвижный объект, будь это рыболовецкое судно или сложный космический корабль, не обходится теперь без гироскопических приборов.

Параллельно с развитием гироскопических приборов шло создание навигационных систем, среди которых наиболее интересными, с точки зрения практических приложений, оказались инерциальные навигационные системы.

Создание таких систем, потребовавшее сложных научных и технических исследований, развития технологии точного приборостроения, значительного прогресса в областях радиоэлектроники и вычислительной техники, стало возможным только в наши дни. Полеты космических кораблей на Луну с последующим возвращением их на Землю — самое яркое свидетельство замечательного совершенства современных навигационных систем.

Гироскопические и инерциальные системы — сложные электромеханические устройства. Большое количество книг, монографий, учебников, статей как в нашей стране, так и за рубежом посвящено теории гироскопических и инерциальных систем, их схемам и конструкции, основам расчета, проектирования, методам испытаний систем и т. д.

Однако специалисты в области гироскопического приборостроения, навигации, автоматического управления, прикладной механики и математики ощущают необходимость в книге по механике гироскопических и инерциальных систем, в которой излагались бы одновременно история создания этих систем, современное состояние (теория и технические приложения) и перспективы дальнейшего развития. Именно в таком плане написана предлагаемая читателю книга. В ее создании участвовали советские специалисты по различным вопросам гироскопии и навигации. В написанных ими работах освещены в основном результаты отечественных ученых, вместе с тем большое внимание уделено основополагающим работам зарубежных авторов.

Помимо статей, написанных советскими авторами, в книге содержатся две статьи зарубежных специалистов. Первая из этих статей (Ч. Дрейпера и У. Ригли) дает представление о современном состоянии прикладной теории поплавковых гироскопов в США, вторая (К. Магнуса) посвящена истории прикладной гироскопии в Германии до 1945 г.

Предлагаемая книга содержит 22 статьи. В первой из них дан общий обзор развития теории гироскопов и инерциальных систем. В ней рассмотрены основные работы, начиная с исследований о движении твердого тела около неподвижной точки и кончая современными работами по теории гироскопов и инерциальных систем.

Следующие статьи посвящены основным направлениям механики гироскопических и инерциальных систем в их историческом развитии.

Во второй и третьей статьях описываются гироскопические чувствительные элементы. Здесь рассматриваются основные типы гироскопов, физические принципы построения гироскопических чувствительных элементов, указываются методы повышения их точности.

В четвертой статье рассматриваются гироскопические маятники и вертикали.

Три последующие статьи посвящены интегрирующим гироскопическим устройствам. К ним относятся гироскопические интеграторы угловых скоростей, получившие широкое применение в новейших гироскопических системах, в частности в инерциальных навигационных системах, и гироскопические интеграторы линейных ускорений. Ряд статей посвящен гироскопическим стабилизаторам: силовым и получившим в последние годы широкое применение индикаторным. Рассмотрены геометрия, кинематика и динамика гироскопической стабилизации.

Далее рассмотрены развитие и современное состояние различных типов гирокомпасов, гирогоризонткомпасов, которые являются одними из наиболее совершенных гироскопических устройств, получивших широкое применение на флоте, а также при проведении маркшейдерских, топографических и других работ.

В трех отдельных статьях освещены работы по автономным и корректируемым инерциальным навигационным системам, а также работы по комплексированию навигационных систем. Приведены основные результаты современной теории инерциальных навигационных систем. Указаны также некоторые перспективы дальнейшего развития теории этих систем.

Последние семь статей содержат изложение некоторых вопросов теории гироскопических систем, таких как методы составления уравнений гироскопических систем, применение методов аналитической механики к их анализу, приближенные методы исследования гиросистем, нелинейные задачи. Рассмотрены также методы анализа систем, находящихся под воздействием случайных возмущений, задачи управления гироскопическими системами и их синтеза.

Ввиду ограниченности объема книги ряд вопросов не мог найти в ней достаточно полное освещение. Некоторые из этих вопросов будут рассмотрены в специальном сборнике статей, подготавливаемом Институтом истории естествознания и техники к печати. В частности, в этот сборник войдут статьи по общей теории гироскопических систем («Решения с инвариантными соотношениями некоторых задач динамики твердого тела», П. В. Харламов), по теории гироскопических устройств («Гироскопы направления», П. В. Бромберг: «Гиротахометры и гиротахо-акселерометры», Е. А. Никитин, и С. С. Ривкин; «Вибрационные гироскопы», Л. И. Б розгу ль, Е. Л. Смирнов), гироскопическим стабилизаторам («Непосредственные гиростабилизаторы», С. С. Ривкин); гироскопическим навигационным системам («Орбитальное гирокомпасирование», А. Н. Герасимов и Ю. И. Рабинович).

Редакционная подготовка статей книги осуществлялась редколлегией следующим образом: статьи 1—4, 7 — Д. М. Климовым; 8—10 — С. С. Ривкиным; 5, 6, 13—15 — В. Д. Андреевым; 11—12 — Е. А. Девяниным; 16—22 — А. А. Свешниковым. В редактировании ряда статей книги приняла участие М. Е. Темченко.

Рецензирование книги было проведено А. И. Лурье и А. А. Космодемьянским. В подготовке рукописи к печати большую помощь оказали В. С. Кирсанов, а также С. В. Макеева, которая выполнила техническое оформление рукописи.

Редколлегия надеется, что книга заинтересует не только специалистов по гироскопии и навигации, но и более широкий круг читателей, желающих ознакомиться с историей и современным состоянием этой области науки.

Назад, на страницу описания