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陀螺儀的功能及六大分類

時間:2009-12-09 21:27:59來源:原創 作者:admin 點擊:
陀螺儀的主要功能有陀螺方向儀、陀螺羅盤、陀螺垂直儀、陀螺穩定器、速率陀螺儀、陀螺穩定平臺等
利用陀螺儀的動力學特性制成的各種儀表或裝置,詳細介紹如下:
一陀螺方向儀。能給出飛行物體轉彎角度和航向指示的陀螺裝置。它是三自由度均衡陀螺儀,其底座固連在飛機上,轉子軸提供慣性空間的給定方向。若開始時轉子軸水平放置并指向儀表的零方位,則當飛機繞鉛直軸轉彎時,儀表就相對轉子軸轉動,從而能給出轉彎的角度和航向的指示。由于摩擦及其他干擾,轉子軸會逐漸偏離原始方向,因此每隔一段時間(如15分鐘)須對照精密羅盤作一次人工調整。
二陀螺羅盤。供航行和飛行物體作方向基準用的尋找并跟蹤地理子午面的三自由度陀螺儀。其外環軸鉛直,轉子軸水平置于子午面內,正端指北;其重心沿鉛垂軸向下或向上偏離支承中心。轉子軸偏離子午面時同時偏離水平面而產生重力矩使陀螺旋進到子午面,這種利用重力矩的陀螺羅盤稱擺式羅盤。近年來發展為利用自動控制系統代替重力擺的電控陀螺羅盤,并創造出能同時指示水平面和子午面的平臺羅盤。
三陀螺垂直儀。利用擺式敏感元件對三自由度陀螺儀施加修正力矩以指示地垂線的儀表,又稱陀螺水平儀。陀螺儀的殼體利用隨動系統跟蹤轉子軸位置,當轉子軸偏離地垂線時,固定在殼體上的擺式敏感元件輸出信號使力矩器產生修正力矩,轉子軸在力矩作用下旋進回到地垂線位置。陀螺垂直儀是除陀螺擺以外應用于航空和航海導航系統的又一種地垂線指示或量測儀表。
四陀螺穩定器。穩定船體的陀螺裝置。20世紀初使用的施利克被動式穩定器實質上是一個裝在船上的大型二自由度重力陀螺儀,其轉子軸鉛直放置,框架軸平行于船的橫軸。當船體側搖時,陀螺力矩迫使框架攜帶轉子一起相對于船體旋進。這種搖擺式旋進引起另一個陀螺力矩,對船體產生穩定作用。斯佩里主動式穩定器是在上述裝置的基礎上增加一個小型操縱陀螺儀,其轉子沿船橫軸放置。一旦船體側傾,小陀螺沿其鉛直軸旋進,從而使主陀螺儀框架軸上的控制馬達及時開動,在該軸上施加與原陀螺力矩方向相同的主動力矩,借以加強框架的旋進和由此旋進產生的對船體的穩定作用。
五速率陀螺儀。用以直接測定運載器角速率的二自由度陀螺裝置。把均衡陀螺儀的外環固定在運載器上并令內環軸垂直于要測量角速率的軸。當運載器連同外環以角速度繞測量軸旋進時,陀螺力矩將迫使內環連同轉子一起相對運載器旋進。陀螺儀中有彈簧限制這個相對旋進,而內環的旋進角正比于彈簧的變形量。由平衡時的內環旋進角即可求得陀螺力矩和運載器的角速率。積分陀螺儀與速率陀螺儀的不同處只在于用線性阻尼器代替彈簧約束。當運載器作任意變速轉動時,積分陀螺儀的輸出量是繞測量軸的轉角(即角速度的積分)。以上兩種陀螺儀在遠距離測量系統或自動控制、慣性導航平臺中使用較多。
六陀螺穩定平臺。以陀螺儀為核心元件,使被穩定對象相對慣性空間的給定姿態保持穩定的裝置。穩定平臺通常利用由外環和內環構成制平臺框架軸上的力矩器以產生力矩與干擾力矩平衡使陀螺儀停止旋進的穩定平臺稱為動力陀螺穩定器。陀螺穩定平臺根據對象能保持穩定的轉軸數目分為單軸、雙軸和三軸陀螺穩定平臺。陀螺穩定平臺可用來穩定那些需要精確定向的儀表和設備,如測量儀器、天線等,并已廣泛用于航空和航海的導航系統及火控、雷達的萬向支架支承。根據不同原理方案使用各種類型陀螺儀為元件。其中利用陀螺旋進產生的陀螺力矩抵抗干擾力矩,然后輸出信 號 控、 照 相 系統 。
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