 |
 |
|
 |
|
|
ГИРОСКОП |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
(от Гиро... и ...скоп)
быстро вращающееся твёрдое тело, ось вращения которого может изменять своё направление в пространстве. Г. обладает рядом интересных свойств, наблюдаемых у вращающихся небесных тел, у артиллерийских снарядов, у детского волчка, у роторов турбин, установленных на судах, и др. На свойствах Г. основаны разнообразные устройства или приборы, широко применяемые в современной технике для автоматического управления движением самолётов, морских судов, ракет, торпед и др. объектов, для определения горизонта или географического меридиана, для измерения поступательных или угловых скоростей движущихся объектов (например, ракет) и многое др.
Свойства Г. проявляются при выполнении двух условий: 1) ось вращения Г. должна иметь возможность изменять своё направление в пространстве; 2) угловая скорость вращения Г. вокруг своей оси должна быть очень велика по сравнению с той угловой скоростью, которую будет иметь сама ось при изменении своего направления.
Простейшим Г. является детский волчок, быстро вращающийся вокруг своей оси ОА (рис. 1); ось ОА может изменять своё положение в пространстве, поскольку её конец А не закреплен. У Г., применяемых в технике, свободный поворот оси Г. можно обеспечить, закрепив сё в рамках (кольцах) 1, 2 т. н. карданова подвеса (рис. 2), позволяющего оси АВ занять любое положение в пространстве. Такой Г. имеет 3 степени свободы: он может совершать 3 независимых поворота вокруг осей АВ, DE и GK, пересекающихся в центре подвеса О, который остаётся по отношению к основанию 3 неподвижным. Если центр тяжести Г. совпадает с центром О, то Г. называется астатическим (уравновешенным), в противном случае — тяжёлым.
Первое свойство уравновешенного Г. с тремя степенями свободы состоит в том, что его ось стремится устойчиво сохранять в мировом пространстве приданное ей первоначальное направление. Если эта ось вначале направлена на какую-нибудь звезду, то при любых перемещениях основания прибора и случайных толчках она будет продолжать указывать на эту звезду, меняя свою ориентировку относительно земных осей. Впервые это свойство Г. использовал французский учёный Л. Фуко для экспериментального доказательства вращения Земли вокруг её оси (1852). Отсюда и само название «Г.», что в переводе означает «наблюдать вращение».
Второе свойство Г. обнаруживается, когда на его ось (или рамку) начинают действовать сила или пара сил, стремящиеся привести ось в движение (т. е. создающие вращающий момент относительно центра подвеса). Под действием силы Р (рис. 3) конец А оси АВ Г. будет отклонять не в сторону действия силы, как это было бы при невращающемся роторе, а в направлении, перпендикулярном к этой силе; в результате Г. вместе с рамкой 1 начнёт вращаться вокруг оси DE, притом не ускоренно, а с постоянной угловой скоростью. Это вращение называется прецессией; оно происходит тем медленнее, чем быстрее вращается вокруг своей оси АВ сам Г. Если в какой-то момент времени действие силы прекратится, то одновременно прекратится прецессия и ось АВ мгновенно остановится, т. е. прецессионное движение Г. безынерционно.
Величина угловой скорости прецессии определяется по формуле:
0184475428.tif
где М — момент силы Р центра О, = АОЕ, — угловая скорость собственного вращения Г. вокруг оси АВ, I — момент инерции Г. относительно той же оси, h = АО — расстояние от точки приложения силы до центра подвеса Г.; второе равенство имеет место, когда сила Р параллельна оси DE. Из формулы (1) непосредственно видно, что прецессия происходит тем медленнее, чем больше , точнее, чем больше величина H = I, называется собственным кинетическим моментом Г. Как найти направление прецессии Г. см. рис. 4.
Наряду с прецессией ось Г. при действии на неё силы может ещё совершать т. н. нутацию — небольшие, но быстрые (обычно незаметные на глаз) колебания оси около её среднего направления. Размахи этих колебаний у быстро вращающегося Г. очень малы и из-за неизбежного наличия сопротивлений быстро затухают. Это позволяет при решении большинства технических задач пренебречь нутацией и построить т. н. элементарную теорию Г., учитывающую только прецессию, скорость которой определяется формулой (1). Прецессионное движение можно наблюдать у детского волчка (рис. 5, а), для которого роль центра подвеса играет точка опоры О. Если ось такого волчка поставить под углом АОЕ к вертикали и отпустить, то она под действием силы тяжести Р будет отклоняться не в сторону действия этой силы, т. е. не вниз, а в перпендикулярном направлении, и начинает прецессировать вокруг вертикали. Прецессия волчка также сопровождается незаметными на глаз нутационными колебаниями, быстро затухающими из-за сопротивления воздуха. Под действием трения о воздух собственное вращение волчка постепенно замедляется, а скорость прецессии соответственно возрастает. Когда угловая скорость вращения волчка становится меньше определенной величины, он теряет устойчивость и падает. У медленно вращающегося волчка нутационные колебания могут быть довольно заметными и, слагаясь с прецессией, существенно изменить картину движения оси волчка: конец А оси будет описывать ясно видимую волнообразную или петлеобразную кривую, то отклоняясь от вертикали, то приближаясь к ней (рис. 5, б).
Другой пример прецессионного движения даёт артиллерийский снаряд (или пуля). На снаряд при его движении, кроме силы тяжести, действуют силы сопротивления воздуха, равнодействующая R которых направлена примерно противоположно скорости центра тяжести снаряда и приложена выше центра тяжести (рис. 6, а). Невращающийся снаряд под действием силы сопротивления воздуха будет «кувыркаться» и его полёт станет беспорядочным (рис. 6, б); при этом значительно возрастет сопротивление движению, уменьшится дальность полёта и снаряд не попадёт в цель головной частью. Вращающийся же снаряд обладает всеми свойствами Г., и сила сопротивления воздуха вызывает отклонение его оси не в сторону действия этой силы, а в перпендикулярном направлении. В результате ось снаряда медленно прецессирует вокруг прямой, по которой направлена скорость vc, т. е. вокруг касательной к траектории центра тяжести снаряда (рис. 6, в), что делает полёт правильным и обеспечивает на нисходящей ветви траектории попадание снаряда в цель головной частью.
Наша планета Земля также является гигантским Г., совершающим прецессию (подробнее см. Прецессия в астрономии).
Если ось АВ ротора Г. закрепить в одной рамке, которая может вращаться по отношению к основанию прибора вокруг оси DE (рис. 7), то Г. будет иметь возможность участвовать только в двух вращениях — вокруг осей АВ и DE, т. е. будет иметь две степени свободы. Такой Г. не обладает ни одним из свойств Г. с тремя степенями свободы, однако у него есть другое очень интересное свойство: если основанию Г. сообщить вынужденное вращение с угловой скоростью вокруг оси KL, образующей угол с осью АВ, то на ось ротора со стороны подшипников А и В начнёт действовать пара сил с гироскопическим моментом
Мгир = I sin . (2)
Эта пара стремится кратчайшим путём установить ось ротора Г. параллельно оси KL, причём так, чтобы и вращение ротора, и вынужденное вращение были видны происходящими в одну и ту же сторону.
Рассмотрим, наконец, ротор, ось АВ которого непосредственно закреплена в основании D (рис. 8). Если это основание неподвижно, то ось не может изменять своё направление в пространстве и, следовательно, ротор никакими свойствами Г. не обладает. Однако если вращать основание вокруг некоторой оси KL с угловой скоростью , то по предыдущему правилу ось АВ будет стремиться установиться параллельно оси KL. Этому движению препятствуют подшипники, в которых закреплена ось. В результате ротор будет давить на подшипники А и В с силами F1 и F2, называемыми гироскопическими силами.
На морских судах и винтовых самолётах имеется много вращающихся частей: вал двигателя, ротор турбины или динамомашины, гребные или воздушные винты и т.п. При разворотах самолёта или судна, а также при качке на подшипники, в которых укреплены эти вращающиеся части, действуют указанные гироскопические силы и их необходимо учитывать при соответствующих инженерных расчётах; величины этих сил могут достигать нескольких тонн, и, если крепления подшипников не будут должным образом рассчитаны, то произойдёт авария.
Теория Г. является важнейшим разделом динамики (См. Динамика) твёрдого тела, имеющего неподвижную точку. Перечисленные свойства Г. представляют собой следствия законов, которым подчиняется движение такого тела. Первое из свойств Г. с тремя степенями свободы есть проявление закона сохранения кинетического момента, а второе свойство — проявление одной из теорем динамики, согласно которой изменение во времени кинетического момента тела равно моменту действующей на него силы.
Гироскопы в технике. Применяемые в технике Г. выполняют обычно в виде маховичка с утолщённым ободом, весом от нескольких Г до десятков кГ, закрепленного в кардановом подвесе. Чтобы сообщить Г. быстрое вращение, его делают ротором быстроходного электромотора постоянного или переменного тока. В авиации применяются Г. с ротором в виде воздушной турбинки, приводимой в движение струей воздуха. Иногда Г. выполняют в форме шара (шар-Г.) с подвесом на воздушной плёнке, образуемой подачей сжатого воздуха. В ряде конструкций применяют поплавковый Г., ротор которого заключён в кожух, плавающий в жидкости; этим разгружаются подшипники кожуха и значительно уменьшается момент трения в них.
Устройство конкретных гироскопических приборов основывается на тех или иных свойствах Г. с тремя или двумя степенями свободы. Свойство Г. с тремя степенями свободы неизменно сохранять направление своей оси в пространстве используется при конструировании приборов для автоматического управления движением самолётов (например, Автопилота), ракет, морских судов, торпед и т.п. Г. в этих приборах играет роль чувствительного элемента, регистрирующего отклонение движущегося объекта от заданного курса. Одновременно прибор содержит следящую систему, улавливающую сигнал об отклонении, усиливающую его и передающую силовому устройству (мотору), которое и возвращает объект на заданный курс, обычно с помощью рулей. Второе свойство Г. с тремя степенями свободы — свойство прецессировать под действием приложенной силы — положено в основу Г. направления (курсового Г.) и важных навигационных приборов: Гирокомпаса — прибора, определяющего направление географического меридиана, и гировертикали (или гирогоризонта) — прибора, определяющего направление истинной вертикали (горизонта).
При запуске ракеты необходимо с высокой степенью точности знать скорость её вертикального взлёта. С этой, казалось бы, очень трудной задачей, тоже легко справляется прецессирующий Г.
В гироскопических приборах часто используют и свойства Г. с двумя степенями свободы. К таким приборам относятся авиационный Указатель поворота, а также некоторые виды Гиростабилизаторов, в частности устройства для пространственной стабилизации объекта (например, искусственного спутника Земли). Подробнее о всех этих и др. устройствах см. Гироскопические устройства.
Современная техника требует от многих гироскопических приборов очень высокой точности, что вызывает большие технологические трудности при их изготовлении. Например, у некоторых приборов при весе ротора порядка 1 кГ для обеспечения нужной точности смещение центра тяжести от центра подвеса не должно превышать долей микрона, иначе момент силы тяжести вызовет нежелательную прецессию (уход) оси Г. Кроме того, на точность показаний приборов с Г. в кардановом подвесе влияет трение в осях. Всё это привело к разработке Г., основанных не на чисто механических, а на других физических принципах (см. также Квантовый гироскоп, Вибрационный гироскоп).
Лит.: Николаи Е. Л., Гироскоп и некоторые его технические применения, М. — Л., 1947 (популярное изложение); Граммель Р., Гироскоп, его теория и применения, пер. с нем., т. 1—2, М., 1952; Булгаков Б. В., Прикладная теория гироскопов, 2 изд., М., 1955; Ишлинский А. Ю., Механика гироскопических систем, М., 1963.
С. М. Тарг.
0251308218.tif
Рис. 1. Волчок; ОА — его ось, Р — сила тяжести.
0280079540.tif
Рис. 2. Гироскоп в кардановом подвесе. Ротор С, кроме вращения вокруг своей оси АВ, может вместе с рамкой 1 поворачиваться вокруг оси DE и вместе с рамкой 2 — вокруг оси GK; следовательно, ось ротора может занять любое положение в пространстве. О — центр подвеса, совпадающий с центром тяжести гироскопа.
0253930625.tif
Рис. 3. Действие силы Р на гироскоп с вращающимся ротором; ось АВ движется перпендикулярно направлению Р.
0219244593.tif
Рис. 4. Правило определения направления прецессии: глядя на ротор из точки приложения силы Р, надо установить, как вращается ротор — по ходу или против хода часовой стрелки. После этого мысленно повернуть вектор АР вокруг оси АВ на 90° в ту же сторону (т. е. по ходу или против хода часовой стрелки соответственно); тогда он и укажет направление прецессии (здесь — AD).
0228845650.tif
Рис. 5. а — прецессия волчка под действием силы тяжести; б — движение оси волчка при медленном собственном вращении.
0211021978.tif
Рис. 6. а — прецессия артиллерийского снаряда; б и в — схемы движения снарядов и их траектории соответственно; б — для невращающегося снаряда; в — для вращающегося.
0248184404.tif
Рис. 7. Гироскоп с двумя степенями свободы.
0297111844.tif
Рис. 8. Действие гироскопических сил на подшипники, закрепляющие ось, при повороте основания прибора вокруг оси KL.
|
| Современная Энциклопедия |
| ГИРОСКОП (от греческого gyros - круг, gyreuo - кружусь, вращаюсь и ...скоп), твердое тело, быстро вращающееся вокруг одной из своих осей симметрии (так называемой оси гироскопа), которая не закреплена и может изменять свое направление в пространстве лишь под действием внешних сил. Примерами гироскопа являются большинство планет, роторы электрических машин и турбин, артиллерийские снаряды, детские волчки и др. Основное свойство гироскопа - способность сохранять устойчивость направления оси гироскопа - широко используется для целей авиа- и морской навигации (гирокомпас, гирогоризонт), а также для стабилизации движения (например, уменьшение качки корабля гиростабилизаторами) и автоматического управления движением (автопилот). Гироскопическая устойчивость оси вращения Земли играет большую роль в геофизических, климатологических и метеорологических процессах. |
| Мультимедийная энциклопедия |
| навигационный прибор, основным элементом которого является быстро
вращающийся ротор, закрепленный так, что ось его вращения может
поворачиваться. Три степени свободы (оси возможного вращения) ротора
гироскопа обеспечиваются двумя рамками карданова подвеса. Если на такое
устройство не действуют внешние возмущения, то ось собственного вращения
ротора сохраняет постоянное направление в пространстве. Если же на него
действует момент внешней силы, стремящийся повернуть ось собственного
вращения, то она начинает вращаться не вокруг направления момента, а
вокруг оси, перпендикулярной ему (прецессия).
двумя рамками карданова подвеса), кинематическая схема. Iy - ось
собственного вращения ротора, вдоль которой направлен его кинетический
момент; I0 - опорное направление кинетического момента; j - угол
отклонения внутренней рамки карданова подвеса; wj - угловая скорость
поворота внутренней рамки подвеса (прецессия); Mq - момент возмущающей
внешней силы; wq - угловая скорость поворота внешней рамки подвеса
(нутация).
В хорошо сбалансированном (астатическом) и достаточно быстро вращающемся
гироскопе, установленном на высокосовершенных подшипниках с незначительным
трением, момент внешних сил практически отсутствует, так что гироскоп
долго сохраняет почти неизменной свою ориентацию в пространстве. Поэтому
он может указывать угол поворота основания, на котором закреплен. Именно
так французский физик Ж. Фуко (1819-1868) впервые наглядно
продемонстрировал вращение Земли. Если же поворот оси гироскопа ограничить
пружиной, то при соответствующей установке его, скажем, на летательном
аппарате, выполняющем разворот, гироскоп будет деформировать пружину, пока
не уравновесится момент внешней силы. В этом случае сила сжатия или
растяжения пружины пропорциональна угловой скорости движения летательного
аппарата. Таков принцип действия авиационного указателя поворота и многих
других гироскопических приборов. Поскольку трение в подшипниках очень
мало, для поддержания вращения ротора гироскопа не требуется много
энергии. Для приведения его во вращение и для поддержания вращения обычно
бывает достаточно маломощного электродвигателя или струи сжатого воздуха.
Применение. Гироскоп чаще всего применяется как чувствительный
элемент указывающих гироскопических приборов и как датчик угла поворота
или угловой скорости для устройств автоматического управления. В некоторых
случаях, например в гиростабилизаторах, гироскопы используются как
генераторы момента силы или энергии.
См. также <<МАХОВИК>>.
Основные области применения гироскопов - судоходство, авиация и
космонавтика (см. <<ИНЕРЦИАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ>>). Почти каждое морское судно
дальнего плавания снабжено гирокомпасом для ручного или автоматического
управления судном, некоторые оборудованы гиростабилизаторами. В системах
управления огнем корабельной артиллерии много дополнительных гироскопов,
обеспечивающих стабильную систему отсчета или измеряющих угловые скорости.
Без гироскопов невозможно автоматическое управление торпедами. Самолеты и
вертолеты оборудуются гироскопическими приборами, которые дают надежную
информацию для систем стабилизации и навигации. К таким приборам относятся
авиагоризонт, гировертикаль, гироскопический указатель крена и поворота.
Гироскопы могут быть как указывающими приборами, так и датчиками
автопилота. На многих самолетах предусматриваются гиростабилизированные
магнитные компасы и другое оборудование - навигационные визиры,
фотоаппараты с гироскопом, гиросекстанты. В военной авиации гироскопы
применяются также в прицелах воздушной стрельбы и бомбометания.
Гироскопы разного назначения (навигационные, силовые) выпускаются разных
типоразмеров в зависимости от условий работы и требуемой точности. В
гироскопических приборах диаметр ротора составляет 4-20 см, причем меньшее
значение относится к авиационно-космическим приборам. Диаметры же роторов
судовых гиростабилизаторов измеряются метрами.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Гироскопический эффект создается той же самой центробежной силой, которая
действует на юлу, вращающуюся, например, на столе. В точке опоры юлы о
стол возникают сила и момент, под действием которых ось вращения юлы
отклоняется от вертикали, а центробежная сила вращающейся массы,
препятствуя изменению ориентации плоскости вращения, вынуждает юлу
вращаться и вокруг вертикали, сохраняя тем самым заданную ориентацию в
пространстве.
Таким вращением, называемым прецессией, ротор гироскопа отвечает на
приложенный момент силы относительно оси, перпендикулярной оси его
собственного вращения. Вклад масс ротора в этот эффект пропорционален
квадрату расстояния до оси вращения, поскольку чем больше радиус, тем
больше, во-первых, линейное ускорение и, во-вторых, плечо центробежной
силы. Влияние массы и ее распределения в роторе характеризуется его
"моментом инерции", т.е. результатом суммирования произведений всех
составляющих его масс на квадрат расстояния до оси вращения. Полный же
гироскопический эффект вращающегося ротора определяется его "кинетическим
моментом", т.е. произведением угловой скорости (в радианах в секунду) на
момент инерции относительно оси собственного вращения ротора.
Кинетический момент - векторная величина, имеющая не только численное
значение, но и направление. На рис. 1 кинетический момент представлен
стрелкой (длина которой пропорциональна величине момента), направленной
вдоль оси вращения в соответствии с "правилом буравчика": туда, куда
подается буравчик, если его поворачивать в направлении вращения ротора.
Прецессия и момент силы тоже характеризуются векторными величинами.
Направление вектора угловой скорости прецессии и вектора момента силы
связано правилом буравчика с соответствующим направлением вращения.
См. также <<ВЕКТОР>>.
ГИРОСКОП С ТРЕМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ
На рис. 1 дана упрощенная кинематическая схема гироскопа с тремя степенями
свободы (тремя осями вращения), причем направления вращения на ней
показаны изогнутыми стрелками. Кинетический момент представлен жирной
прямой стрелкой, направленной вдоль оси собственного вращения ротора.
Момент силы прикладывается нажатием пальца так, что он имеет составляющую,
перпендикулярную оси собственного вращения ротора (вторую силу пары
создают вертикальные полуоси, закрепленные в оправе, которая связана с
основанием). Согласно законам Ньютона, такой момент силы должен создавать
кинетический момент, совпадающий с ним по направлению и пропорциональный
его величине. Поскольку же кинетический момент (связанный с собственным
вращением ротора) фиксирован по величине (заданием постоянной угловой
скорости посредством, скажем, электродвигателя), это требование законов
Ньютона может быть выполнено только за счет поворота оси вращения (в
сторону вектора внешнего момента силы), приводящего к увеличению проекции
кинетического момента на эту ось. Этот поворот и есть прецессия, о которой
говорилось ранее. Скорость прецессии возрастает с увеличением внешнего
момента силы и убывает с увеличением кинетического момента ротора.
Гироскопический указатель курса. На рис. 2 показан пример
применения трехстепенного гироскопа в авиационном указателе курса
(гирополукомпасе). Вращение ротора в шарикоподшипниках создается и
поддерживается струей сжатого воздуха, направленной на рифленую
поверхность обода. Внутренняя и наружная рамки карданова подвеса
обеспечивают полную свободу вращения оси собственного вращения ротора. По
шкале азимута, прикрепленной к наружной рамке, можно ввести любое значение
азимута, выровняв ось собственного вращения ротора с основанием прибора.
Трение в подшипниках столь незначительно, что после того как это значение
азимута введено, ось вращения ротора сохраняет заданное положение в
пространстве, и, пользуясь стрелкой, скрепленной с основанием, по шкале
азимута можно контролировать поворот самолета. Показания поворота не
обнаруживают никаких отклонений, если не считать эффектов дрейфа,
связанных с несовершенствами механизма, и не требуют связи с внешними
(например, наземными) средствами навигации.
воздушным приводом. Пример применения трехстепенного гироскопа. Арретир
служит для удержания оси собственного вращения ротора в горизонтальном
положении при вводе азимута по шкале. 1 - основание; 2 - зубчатое колесо
синхронизатора; 3 - ручка арретира; 4 - арретир; 5 - шкала азимута; 6 -
воздушное сопло; 7 - наружная рамка; 8 - ротор; 9 - корпус; 10 - полуось
наружной рамки с фиксаторной гайкой; 11 - внутренняя рамка.
ДВУХСТЕПЕННЫЙ ГИРОСКОП
Во многих гироскопических приборах используется упрощенный, двухстепенный
вариант гироскопа, в котором наружная рамка трехстепенного гироскопа
устранена, а полуоси внутренней закрепляются непосредственно в стенках
корпуса, жестко связанного с движущимся объектом. Если в таком устройстве
единственная рамка ничем не ограничена, то момент внешней силы
относительно оси, связанной с корпусом и перпендикулярной оси рамки,
заставит ось собственного вращения ротора непрерывно прецессировать в
сторону от этого первоначального направления. Прецессия будет продолжаться
до тех пор, пока ось собственного вращения не окажется параллельной
направлению момента силы, т.е. в положении, при котором гироскопический
эффект отсутствует. На практике такая возможность исключается благодаря
тому, что задаются условия, при которых поворот рамки относительно корпуса
не выходит за пределы малого угла.
Если прецессия ограничивается только инерционной реакцией рамки с ротором,
то угол поворота рамки в любой момент времени определяется
проинтегрированным ускоряющим моментом. Поскольку момент инерции рамки
обычно сравнительно мал, она слишком быстро реагирует на вынужденное
вращение. Имеются два способа устранить этот недостаток.
Противодействующая пружина и вязкостный демпфер. Датчик угловой
скорости. Прецессию оси вращения ротора в направлении вектора момента
силы, направленного вдоль оси, перпендикулярной оси рамки, можно
ограничить пружиной и демпфером, воздействующими на ось рамки.
Кинематическая схема двухстепенного гироскопа с противодействующей
пружиной представлена на рис. 3. Ось вращающегося ротора закреплена в
рамке перпендикулярно оси вращения последней относительно корпуса. Входной
осью гироскопа называется направление, связанное с основанием,
перпендикулярное оси рамки и оси собственного вращения ротора при
недеформированной пружине.
противодействующей пружиной, вязкостным демпфером и стрелочным индикатором
угловой скорости (вязкостный демпфер служит только для успокоения
колебаний). 1 - корпус; 2 - пружины; 3 - вязкостный демпфер; 4 - рамка; 5
- ротор; 6 - указатель выходного угла рамки j.
Момент внешней силы относительно опорной оси вращения ротора, приложенный
к основанию в тот момент времени, когда основание не вращается в
инерциальном пространстве и, следовательно, ось вращения ротора совпадает
со своим опорным направлением, заставляет ось вращения ротора
прецессировать в сторону входной оси, так что угол отклонения рамки
начинает увеличиваться. Это эквивалентно приложению момента силы к
противодействующей пружине, в чем состоит важная функция ротора, который в
ответ на возникновение входного момента силы создает момент силы
относительно выходной оси (рис. 3). При постоянной входной угловой
скорости выходной момент силы гироскопа продолжает деформировать пружину,
пока создаваемый ею момент силы, воздействующий на рамку, не заставит ось
вращения ротора прецессировать вокруг входной оси. Когда скорость такой
прецессии, вызванной моментом, создаваемым пружиной, сравняется с входной
угловой скоростью, достигается равновесие и угол рамки перестает
изменяться. Таким образом, угол отклонения рамки гироскопа (рис. 3),
указываемый стрелкой на шкале, позволяет судить о направлении и угловой
скорости поворота движущегося объекта.
На рис. 4 показаны основные элементы указателя (датчика) угловой скорости,
ставшего в настоящее время одним из самых обычных авиакосмических
приборов.
прибор с двухстепенным гироскопом. 1 - регулировка противодействующей
пружины; 2 - ось собственного вращения ротора; 3 - рамка; 4 - корпус; 5 -
ротор; 6 - воздушное сопло; 7 - турбинный обод ротора; 8 - демпфер рамки;
9 - стрелка; 10 - шкала; 11 - указывающая система; 12 - противодействующая
пружина.
Вязкостное демпфирование. Для гашения выходного момента силы
относительно оси двухстепенного гироузла можно использовать вязкостное
демпфирование. Кинематическая схема такого устройства представлена на рис.
5; она отличается от схемы на рис. 4 тем, что здесь нет противодействующей
пружины, а вязкостный демпфер увеличен. Когда такое устройство
поворачивается с постоянной угловой скоростью вокруг входной оси, выходной
момент гироузла заставляет рамку прецессировать вокруг выходной оси. За
вычетом эффектов инерционной реакции (с инерцией рамки связано в основном
лишь некоторое запаздывание отклика) этот момент уравновешивается моментом
сил вязкостного сопротивления, создаваемым демпфером. Момент демпфера
пропорционален угловой скорости вращения рамки относительно корпуса, так
что выходной момент гироузла тоже пропорционален этой угловой скорости.
Поскольку этот выходной момент пропорционален входной угловой скорости
(при малых выходных углах рамки), выходной угол рамки увеличивается по
мере того, как корпус поворачивается вокруг входной оси. Стрелка,
движущаяся по шкале (рис. 5), указывает угол поворота рамки. Показания
пропорциональны интегралу угловой скорости вращения относительно входной
оси в инерциальном пространстве, и поэтому устройство, схема которого
представлена на рис. 5, называется интегрирующим двухстепенным
гиродатчиком.
гироскопа. Прибор реагирует на поворот корпуса относительно входной оси. 1
- вязкостный демпфер; 2 - рамка; 3 - корпус; 4 - ротор; 5 - указатель
выходного угла рамки.
На рис. 6 изображен интегрирующий гиродатчик, ротор (гиромотор) которого
заключен в герметично запаянный стакан, плавающий в демпфирующей жидкости.
Сигнал угла поворота плавающей рамки относительно корпуса вырабатывается
индукционным датчиком угла. Положение поплавкового гироузла в корпусе
задает датчик момента в соответствии с поступающими на него электрическими
сигналами. Интегрирующие гиродатчики обычно устанавливают на элементах,
снабженных сервоприводом и управляемых выходными сигналами гироскопа. При
таком расположении выходной сигнал датчика момента можно использовать как
команду на поворот объекта в инерциальном пространстве.
См. также <<ГИРОКОМПАС>>.
типа. Пространство между стаканом поплавка и корпусом заполнено жидкостью.
1 - корпус; 2 - балансировочные гайки; 3 - балансировочные вилки; 4 -
подшипник рамки; 5 - якорь датчика момента; 6 - статор датчика момента; 7
- стакан поплавкового гироузла; 8 - гиромотор; 9 - демпферный зазор; 10 -
рамка; 11 - индукционный датчик угла; 12 - подшипник рамки.
ЛИТЕРАТУРА
Ригли У., Холлистер У., Денхард У. Теория, проектирование и испытания
гироскопов. М., 1972
Бабаева Н.Ф. Гироскопы. Л., 1973
Поплавский М.А. Теория гироскопов. Киев, 1986 |
| Орфографический словарь Лопатина |
| гироск`оп, гироск`оп, -а |
| Словарь Ожегова |
ГИРОСК’ОП, -а, муж. Используемый для автоматического регулирования устойчивости прибор с диском и свободной осью, всегда сохраняющей неизменное положение.
прил. гироскопический, -ая, -ое и гироскопный, -ая, -ое. |
| Словарь Ушакова |
| ГИРОСК’ОП и жироскоп, гироскопа, ·муж. (от ·греч. gyros - круглый и skopeo - смотрю) (спец.). Прибор в виде вращающегося на вертикально стоящей оси тела, служащий для поддерживания в состоянии равновесия каких-нибудь предметов. Волчок устроен по принципу гироскопа. Вагоны однорельсовой дороги сохраняют равновесие благодаря установленному в них гироскопу. |
| Толковый словарь Ефремовой |
[гироскоп]
м.
Свободно подвешенное, быстро вращающееся тело (волчок), ось вращения которого может изменять свое положение в пространстве, но благодаря быстрому вращению сохраняет неизменное направление при любых изменениях положения подвеса. |
| Научнотехнический Энциклопедический Словарь |
ГИРОСКОП, симметричный вращающийся диск, который может подстроиться под любое направление; прикреплен к кардановому шарниру (паре колец, свободно движущихся один в другом). Когда гироскоп вращается, изменение направления карданового шарнира не меняет направления вращающегося колеса. Это значит, что изменение направления самолета или корабля можно измерить, имея гироскоп на борту, не прибегая к помощи извне. Гиростабилизатор фиксирует крен самолета или качку корабля. Гирокомпас - это гироскоп, приспособленный для выполнения функций компаса. Когда вращающийся момент (сила вращения) приложен к быстро вращающемуся гироскопу, он отклоняет его от вертикальной позиции, и таким образом возникает феномен, называемый ПРЕЦЕССИЕЙ. Гироскоп вращается вокруг неподвижной точки на оси вращения, описывая конус вокруг вертикальной линии. Свойство противостоять изменениям в оси вращения частично является причиной того, почему можно удержать равновесие на велосипеде, почему находятся на орбитах звезды и планеты.
Гироскоп. Создание гиро скопа важный вклад в науку об измерениях. Его действие основано на быстром вращений колеса с тяжелым ободом, которое подвешено так, что вращается почти без трения, в комбинации кардановых шарниров, которые позволяют ему вращаться на оси в любой плоскости. Если толчок вращения совершается с одинаковой скоростью (например, в элек фическом мошре), то ось колеса сохраняет положение, которое было принято при первом вращении Так как Земля вращается, ось продолжает сохранять определенное положение в пространстве, хотя шарниры карданов меняют угол по отношению к ней. Первоначально гироскоп применялся для прицеливания орудий в море и для рулевого управления торпед. |
|
|
|
 |
Если вы желаете блеснуть знаниями в беседе или привести аргумент в споре, то можете использовать ссылку:
будет выглядеть так: ГИРОСКОП
будет выглядеть так: Что такое ГИРОСКОП
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
