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位为指示。
在协调转弯仪里使用的陀螺有多种多样。有的使用工作在6000rpm 的直流马达，
也有使用通过仪表内自带的静变流机供电的交流无刷马达。也有一些采用气动和电
动一体的，这种仪表在其中一种能源失效的情况下仍能正常工作。
在一些直升机上，陀螺的万向框的移动用来操作机翼平衡系统，在直升机受到
气流的影响时，该系统可以自动稳定直升机在横滚方向的变化。
这种仪表还必须注明“没有俯仰姿态信息”，以免和地平仪混淆。
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图7.3-3 协调转弯仪
7.3.3 转弯侧滑仪和速率陀螺
1． 转弯侧滑仪
通过对陀螺仪表的介绍，我们知道速率陀螺是一种单自由度陀螺，它用来测量
直升机围绕垂直轴转动的速率，单位为度/分，而不是测量转动的度数。
转弯侧滑仪由两部分组成，转弯指示部分由陀螺机构控制，而侧滑指示部分可
以是重力操作指针，也可以是比较多见的曲形管球装置，如图7.3-4 所示。
图7.3-4 转弯侧滑仪
2． 速率陀螺
通过图7.3-5 我们来看看速率陀螺的原理。陀螺转子绕其自转轴旋转，它支撑
在内框上。内框连接到仪表的结构上，这样使转子绕内框轴有一个自由度。转弯率
的测量运用了陀螺的进动性，用一根弹簧来限制内框的移动。
当陀螺静止时，由于弹簧的限制力，陀螺保持旋转轴水平，因此，对于速率陀
螺不需要一个专门的起动机构，同样速率陀螺的转子不需要很高的转速，一般在
4000-5000 转/分钟。当然维持转速在适当的值同样重要，因为陀螺的进动性直接与
转速成正比。
假设直升机向左转弯，左转弯使得内框前端向左移动，这相当于在转子上施加
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了一个垂直于旋转平面的力，这个力与直升机的转弯速率成正比。于是，陀螺
的进动性将会使内框带指针转动一定读数。
如果没有限制弹簧，对于一个稳定的力F，陀螺的旋转轴将一直转动，直到与
力的输入轴重合为止。由于弹簧的存在，陀螺的进动力与弹簧的力将会达到一个平
衡，内框将维持在一定的角度，从刻度盘上得到一个直升机转弯率的指示。各种仪
表有不同的刻度盘，但它们都有一个相同的标准，RATE1 代表每分钟180 度，RATE2
代表每分钟360 度，RATE3 代表每分钟540 度，RATE4 代表每分钟720 度，不是所有
的仪表都有这四个刻度，通常在零刻度左右两边各有一个刻度，并且刻度下面标有
“两分钟转弯”，这代表指针指在一个刻度时直升机完成360 度转弯需要两分钟。
图7.3-5 速率陀螺
3． 倾斜指示
转弯侧滑仪的另一个指示是倾斜指示（或者叫侧滑指示）。在某些仪器中利用钟
摆锤，某些使用曲型球管装置，当直升机水平直飞时，小球或钟摆在重力作用下处
在中间位置，在转弯时小球或钟摆的位置由重力和离心力的合力决定，小球和钟摆
的移动都有阻尼力，以防止不必要的摇摆。如图7.3-6，直升机处于水平直飞状态，
钟摆在重力的作用下处在中心位置，指针读数为零。
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图7.3-6 倾斜指示
直升机向左转弯，侧滑仪的外壳也随直升机偏离垂直线，这使得钟摆也企图偏
离外壳的中心线，由于转弯的离心力同样作用在钟摆上，所以最终钟摆仍停留在仪
表的中心线，这说明钟摆的重力和离心力相平衡。
第7.4 节罗盘
7.4.1 地磁
1. 简介
地球本身可以看成是一个巨大的磁铁，它的磁极位于地理两极的附近。
在两极之间的磁力线通过地球的表面以及地表以上的大气；在地表上的磁力线
相对较弱，磁力线并不和地表平面平行，它们和地表平面成一个角度；这个角度在
赤道附近基本可以忽略，而在两极附近非常明显。
2. 磁差
由于地球的磁极与地理两极位置并不相同，所以地球的磁力线并不与地理上的
经线平行。如图7.4-1 所示，它们之间成一个角度，这个角度被称为“磁差”，它对
直升机的全球导航非常重要。
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图7.4-1 磁差
我们可以用图表来表示某个地区的磁差角，把图中所有磁差角相同的点连起来，
就可以得到图7.4-2 的曲线，这些曲线称为等偏角线，他们相当于磁经线，不太规
则。所有偏差角为零的线定义为无偏差线。
图7.4-2 等偏角线
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3. 罗盘构造
直升机的罗盘基本上就是一个永久磁铁，它通过某种方式悬挂起来使得自己可
以与地球的磁场方向一致，磁铁的北极总是指向地球的磁北极。
4. 磁倾角
由于地球的磁场作用在整个地球表面，在赤道上，磁力线基本和地表平行，越
接近磁极，磁力线和地表的角度越大，到达磁极，磁力线以90 度的直角进入地表。
如图7.4-3 所示。一个自由悬挂的磁铁主要受到两个力的作用，一个是水平方向上
的，我们称为H 分量；一个是垂直方向上的，我们称为Z 分量，它们的合力称为T，
合力T 使得磁铁磁极的指向和水平面成一个角度，这个H 和T 之间的角度称为磁倾
角。
图7.4-3 磁倾角
由于磁倾角的存在，我们必须想办法尽量减少它对直读式罗盘的影响，尤其是
当直升机在高纬度的地区作业时。磁倾角接近90 度，罗盘磁针将不能正确指示。
为了克服磁倾角的影响，使罗盘只对地球磁场的水平分量作出反应，其中一种
办法就是把罗盘的磁铁做成垂摆式。
7.4.2 直升机磁场
1. 直升机磁场以及它对直升机罗盘的影响
直升机本身会产生一个磁场，磁场的大小也不稳定，这对直升机罗盘的设计者
来说是一个难题，这个磁场对罗盘的指示来说是一潜在的误差源而无法避免。不过，
通过对这个磁场的分析，我们可以将它分类， 或者也可以把它分解成在规定方向上
的分量，这样我们就可以采取相应的措施减少这些分量引起的误差。
2. 直升机磁场磁特点
永久性：由于使用在直升机结构、动力装置、或其他设备上的铁质、钢质
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的部件引起的；这些材料在建造的时候，或者直升机长时间在一个航
向上飞行时，被地球磁场磁化而具有磁性。
暂时性：由于直升机的金属部件被地球的磁场‘软性’磁化而引起的；这
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