人们利用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪(gyroscope),它在航海、航天、特种等各个领域有着普遍的应用。比如:回转罗盘、定向指示仪、炮弹的翻转、陀螺的章动等。陀螺仪的种类很多,按用途来分,它可以分为传感陀螺仪和指示陀螺仪。传感陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中,作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示,作为驾驶和领航仪表使用。陀螺仪还可分为压电陀螺仪,微机械陀螺仪,光纤陀螺仪和激光陀螺仪,它们都是电子式的,并且它们可以和加速度计,磁阻芯片,GPS,做成惯性导航控制系统。激光陀螺仪则利用光的干涉效应测量角速度,具有高精度和长期稳定性,在惯性导航和高精度测量中应用普遍。浙江惯性导航系统生产厂家
一个旋转着的陀螺的稳定性与这个陀螺的转速有着直接的关系,转速越快,陀螺就越稳。这是因为旋转着的物体都有一个转轴,这个转轴的方向是不容易轻易改变的,这是由旋转物体的特性所决定的,转动速度越快,转轴的方向便越难以改变。所以当我们为一个旋转的陀螺提供一个支点,那么这个陀螺便会竖直地在支点上转动,转轴始终指向上方,但是如果我们将旋转的陀螺以一定的倾斜角度放置在这个支点上,它就会保持原有的倾斜角度在支点上转动,同时陀螺本身还会围绕支点做圆周运动。贵州惯性导航系统使用方法陀螺仪特点包括响应速度快、精度高、不受外部环境影响等,能够提供可靠的姿态控制和导航信息。
单自由度陀螺仪给陀螺增加了一个自由度,共有两个自由度。单自由度陀螺仪模型如图3所示,x、y、z分别为陀螺仪的三个周,x方向没有自由度。转子飞速转动的动量H沿z轴方向。当基座绕z轴转动或y轴转动时,由于内框架具有隔离运动作用,转子不会随着基座的转动而转动。当基座绕x轴转动时,内框架轴有一对力F作用在内框架轴的两端,形成力矩M_x,方向沿x轴方向。由于陀螺仪没有该方向的转动自由度,力矩M_x使陀螺仪绕内框架进动,沿y轴方向。总之,单自由度陀螺仪可敏感缺少自由度方向的角速度。
陀螺仪在航空飞行领域的应用:由于各种电子设备和电脑控制的高科技发展,各种现代飞机的设计大多数都是静不稳定的,必须利用电子设备和电脑来辅助控制来使飞机取得良好的飞行控制。这种飞机单纯依靠飞行员手指来控制难度会加大。飞机虽然仍能飞行,但是会出现不同程度的摇晃不定,总是处于一种不稳定的飞行状态。有时重心设定的不太准确,稍微有差别,也会使飞机飞行不太稳定。空中有各种乱流,也会使飞机飞行不够稳定,这时就使用陀螺仪增稳,飞机就会一直平稳的飞行,让飞行员感觉更容易操控飞机,做出各种动作也更加标准。陀螺仪在某些领域的应用具有重要意义,如导弹制导、潜艇导航等。
主要工作原理:角动量守恒定律,角动量守恒定律是指系统所受合外力矩为零时系统的角动量保持不变。角动量的定义:物体矢径和其动量的叉积:(1)矢量的计算:叉积和点积,假设a、b为两个矢量,之间的夹角为θ,则点积:a · b = abcosθ(标量),叉积:a x b = absinθ(矢量,方向由右手螺旋定则决定,四指由a弯向b,大拇指方向即为叉积方向)。(2)角动量计算:物体矢径和动量的叉积,r为矢径,数值为物体到旋转中心的距离,方向为旋转中心指向物体的方向矢量;p为动量,数值为物体质量与线速度的乘积p=mv,方向为线速度v的方向;以该图的方向为例,依据角动量公式,可以得到角动量L的方向为竖直向上。(3)陀螺的角动量守恒,假设一个陀螺不受空气阻力(合外力力矩=0),陀螺与地面的接触面无限小(矢径=0),则角动量的合力矩为0,即角动量守恒。近年来,微型化和集成化的陀螺仪技术不断进步,为便携式设备和智能手机的导航功能提供了新的解决方案。贵州惯性导航系统使用方法
陀螺仪利用陀螺效应,即旋转物体的角动量会保持不变,来测量物体的旋转。浙江惯性导航系统生产厂家
陀螺仪的分类:按照转子转动的自由度分成:双自由度陀螺仪(也称三自由度陀螺仪)和单自由度陀螺仪(也称二自由度陀螺仪)。前者用于测定飞行器的姿态角,后者用于测定姿态角速度,因此常称单自由度陀螺仪为。浮子陀螺由于利用浮力支承,摩擦力矩减小,陀螺仪的精度较高,但因不能定位仍有摩擦存在。为弥补这一不足,通常在液浮的基础上增加磁悬浮,即由浮液承担浮子组件的重量,而用磁场形成的推力使浮子组件悬浮在中心位置。现代高精度的单自由度液浮陀螺常是液浮、磁浮和动压气浮并用的三浮陀螺仪。这种陀螺仪比滚珠轴承陀螺仪的精度高,漂移率为0.01度/时。但液浮陀螺仪要求较高的加工精度、严格的装配、精确的温控,因而成本较高。浙江惯性导航系统生产厂家