电罗经工作原理

陀螺不旋转时，其轴线可以任意改变。当其高速旋转而又没有受到外力影响时，它就不会改变轴线的方向，维持空间一定的指向，这种特性，称为陀螺的定轴性。当旋转的陀螺受到某种外力作用时，它又按一定的规律不断地改变其轴线的空间指向，这叫陀螺的进动性。

电罗经正是应用了陀螺仪的定轴性和进动性，使其旋转轴线精确跟踪地球子午面，并且始终准确地指向地理北极，这样，无论船舶航行到哪里，都可以依此确定航向。

电罗经，又叫陀螺罗经，是船舶重要的航海设备之一，一种导航仪器；是陀螺仪 在导航上的一种应用，它不受地磁和船体磁场的影响，定向准确，已被广泛应用。

电罗经又称陀螺罗经，它能自动、连续地提供舰船的航向信号，并通过航向发送装置将航向信号传递到舰船需要航向信号的各个部位。从而满足舰船导航及武备系统的要求，是舰船必不可少的精密导航设备，被称为舰船的“眼睛”。全套设备由主罗经、分罗经和附属仪器三部分组成，核心部件是主罗经内的陀螺球。该产品零部件共18361件，其中自制件1.2万多件，专用件5717件，精密度要求高，涉及技术门类多，制造难度大。

50年代末，仅有少数国家能制造。为了早日解决船用导航设备的国内配套能力，第一机械工业部于1958年安排四局119厂试制，后考虑到归口试制比较有利，1960年初决定由九局上海航海仪器厂试制。该厂原为上海船用辅机仪表厂，它的前身环球铁工厂解放前制造麻纺机械，解放后开始制造船用辅机仪表。虽然在生产、技术、设备和人材方面有一些基础，但要试制和生产这样一项比较精密、复杂的导航设备困难相当大。由于119厂的大力支持，有3名苏联专家，200多套工夹模具、部分加工件和翻译资料全部移交，并派4名有关人员给予具体协助，为试制创造了有利条件。在一机部九局和上海市机械局的领导下，在九局以黄德行为首的工作组和厂长陈惠人以及唐坚柏、谢光堂等工厂党政领导的统一组织下，全面展开了试制工作。工厂专门组建了新产品办公室，具体负责试制工作，在苏联专家指导下，技术科内成立了设计、工艺等4个职能组，抽调170多人，进厂一年多的大学生裘善政担任技术主管，许多青年技术人员都挑起试制的大梁，全厂参加试制工作的人员迅速扩大到1000多人。试制工作展开不久，中苏关系恶化，1960年6～8月苏方撤回专家，使试制工作增加了困难。工厂党委根据上级指示，号召职工自力更生，艰苦奋斗，迎难而上，试制工作主要是技术攻关工作，继续进行。在设计组长黄建业带领下，会同试制车间技术人员冯关荣等结合国情，译制、校对、消化、补齐技术资料，修改单近千张，1000多处。如对设计纬度与试验地纬度的产品技术指标的探讨认定；对薄壁弹性陀螺转子动平衡技术及残余不平衡量的确定；对陀螺球在浮液中聚中、中心悬浮问题的研究；航向快速电磁启动方式的稳定性研究；整套产品包括电器元部件、分机绝缘问题的研究等。在军代表参与和协助下，修改设想均得到了实践试验的验证。许多技术难题，有的是工厂自行攻克，有的由南京航空学院、南京工学院、上海交通大学等高校老师协助攻克，总军代表魏纫秋在绝缘研究上给予指导帮助。

细长螺旋波纹管是保证液浮陀螺工作温度的关键部件，当时国内没有生产单位，设备也是空白，仅根据变螺距螺纹模具示意图。工程师陈晓星带领10多位技术人员、技师、工人会同上海仪表厂、上海交大协作攻关，仅用1年多时间便完成任务，填补了国内空白，获得了发明奖。薄壁弹性陀螺转子的转速为19750转/分，陀螺球工作寿命为5000小时以上，转子同心度高于0.005毫米。当时，这种精度对人员和设备都是难题。苏联专家曾建议一定要用捷克斯拉伐克出产的一级精密机床加工，但上海没有此种机床。经过大家不断改进工艺方法，改进工厂原有C620二级机床，设计制造了精密车头，专用特种形状的样板刀具，由于工人孙天宝精湛的切削技术，终于攻克难关。

精密小模数齿轮共有5种齿轮，82种规格，含6种模数，其档次分别为0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1，齿轮孔径为3～8毫米，外圆为6.6～220毫米，齿厚1.5～2.5毫米，按当时精度级划分在2级精度以上的占88%，当时国内也没有，属于空白。技术人员和老工人在攻关时从提高机床精度着手，将普通中型滚齿机改进提高精度，创造了精度在≤5微米以内的加工条件，制造出了合格的小模数齿轮，既完成了试制急需，还写出了近2万字的工艺总结文件，出了产品，出了成果，培养了人才，并得到上级的通报表扬。同时，还自制了伺服执行电机、双向微电机等多种微型电机。

陀螺球半球壳材料是62黄铜皮，壁厚0.5毫米，外径248＋0.3－0.1，占全球2/3表面积，半球上端口直径230毫米，允许误差＋0.15毫米，成形后材料最薄的部位厚度不应小于0.35毫米，重量不得大于420克，制造成形后形状尺寸稳定度相当高，当时国内外无现成工艺可借鉴。在此项攻关过程中，以邹德义等为主，采用旋压、延压等几种方法反复试验达20多个回合，历时4个多月，经过不断摸索、改进、提高，最后达到了设计要求。前后对比模具减少5套，工序减少34道，生产效率提高7倍，保证了设计要求，不仅解决了国内尚未解决的难题，同时还提高了经济效益。攻关工作中，吴群超、杨永康等作出了积极贡献。洛阳轴承研究所、上海微型轴承厂、哈尔滨轴承厂、上海橡胶四厂、上海先锋电机厂等兄弟单位伸出援助之手，提供关键元器件及协作件。

陀螺球是提供航向信号基准的敏感部件，是确保电罗经产品精度、性能指标的首要关键件，包胶硫化又是首要难关，包胶前后加工工序又多，包胶时还有多种形状的石墨导电橡胶嵌件，要求包胶后绝对不允许有脱裂、气泡等缺陷。为确保陀螺球尽快试制成功，厂长亲自与上海橡胶四厂协商并协助解决建立试制生产线，橡胶四厂出色地完成了包胶硫化工作。

1960年9月陀螺球试制成功。在此基础上，1961年初试制完成了全套产品。此后为确保质量，能顺利地进行鉴定试验，全厂又奋战突击完成3个陀螺球，1961年5月报请三机部、海军组成技术鉴定委员会进行鉴定试验。1961年5月6～17日进行工厂试验，6月6—10日进行码头试验，6月23～26日在舟山地区进行了海上航行试验。试验结果表明该电罗经主要技术性能达到技术文件规定的指标，并由技术鉴定委员会出具试制鉴定报告，三机部和海军司令部对此报告作了批复，宣布电罗经试制初步成功，并安装在中国第一艘万吨船“东风”号上。1963年先后投入20套产品零件，年底又试制成功3套产品提供部队使用。

从1963年下半年起，按生产定型要求组织工艺验证。1964年12月中旬正式提出定型申请，1964年底产品定型委员会到厂进行审查。海军军工产品定型委员会转发国务院军工产品定型委员会批准组成航向—3型电罗经定型委员会，于1964年12月26～30日在上海航海仪器厂召开定型会议。审查产品图纸2798页，专门工艺文件5668页，自制工艺装备2378项，基本材料808个品种规格，工具制造6项，精化与改装机床设备6项。会议由海军装备部和六机部共同主持。1965年2月8日国务院军工产品定型委员会正式下文批准生产定型，并正式命名为“航海—Ⅰ型电罗经”。批文还指出：由于工厂的努力和各单位的密切协同，在攻克了不少技术关键后，取得了产品的试制成功，填补了中国海军装备配套中的一个缺门，这是一件可喜的事。

航海—Ⅰ型电罗经生产定型后获得六机部奖励。1965年2月16日六机部发文要求航仪厂组织好航海—Ⅰ型电罗经批量生产的指示，到1986年止，已生产898台产品提供有关部门使用，生产备品球972只，产品质量稳定。

为适应用户需要，上海航海仪器厂于1974年10月向上级建议发展航海—Ⅰ型风冷电罗经，并于1974年11月25日～12月3日由海军定型委员、六机部、上海市革委会工交组参加的航海—Ⅰ型电罗经改进和改型方案审查会议，开始对航海—Ⅰ型风冷电罗经的试制，并取得了很好发展，从1982年开始批量生产，已生产32台。1981年10月，六机部颁发“航海—Ⅰ型风冷电罗经”为1981年度造船工业优质产品称号，1982年2月获得国务院国防工办颁发的1980年度国防工业重要科技成果三等奖。

在航海—Ⅰ型电罗经及航海—Ⅰ型风冷电罗经试制成功并投入批量生产的基础上，上海航海仪器厂不断向新的高度攀登，接着生产航海—Ⅱ型347台装在高速炮艇和民船上、生产航向指示器723台及航海—Ⅲ型球。1968年后生产DH—Ⅱ型电磁控制罗经480台、DH—Ⅲ型电磁控制罗经205台、H/H—LP003型平台罗经21台。除供国内用户外，产品还销往朝鲜、丹麦、罗马尼亚、埃及、巴基斯坦等7个国家。

电磁控罗经安装完后,在使用前应进行校准。校准应当考虑天气情况和校准地点的周围环境。一般应选择风平浪静的好天气和宽阔的海域来进行电磁罗经的校准,同时也要避免校准地点周围有异常磁场的存在。

校准方法是让船舶做圆周航行运动。采用专用的导航软件,可以很方便的记录下船开始运动的位置和航向,以便于知道船舶旋转了一圈。船舶应应以稳定的、较小的速度来转圈,一般旋转一圈应至少用2分钟的时间,旋转四分之一圈应至少用30秒钟的时间。电磁罗经通电后,将其调整到校准状态下,即开始做圆周运动进行校准。旋转完两圈,即完成了一次校准,校准的结果将存在系统内存中。

电磁控罗经是直感式固态地磁罗经的一种,它能够提供非常精确、可靠稳定的航向信息。在有GPS信号输人的条件下,可获得高精度的真北航向。它不仅能够作为独立的航向传感器使用,而且可以和其它设备如雷达、自动驾驶仪、测图系统和计算机等结合使用,并具有良好的兼容性 。

电磁控罗经主要由两部分组成:传感器(Sensor Module)和数字控制单元(Advanced Digital Control Unit,即ADCU)。传感器模块里装有陀螺仪、倾角计、磁场探测器和微处理器。控制单元有处理器、LCD液晶显示窗、功能键和数据输入输出接口。