Gyroscope - enciclopedie de colier - enciclopedie și dicționare

Gyroscopul este un dispozitiv de navigație, al cărui element principal este un rotor cu rotație rapidă, fixat astfel încât axa rotației sale să poată fi rotită. Trei grade de libertate (axele posibilei rotații) ale rotorului giroscopic sunt furnizate de două cadre ale suspensiei cardanice. Dacă perturbațiile externe nu acționează asupra unui astfel de dispozitiv, axa rotației proprii a rotorului păstrează o direcție constantă în spațiu. Dacă, totuși, un moment de forță externă acționează asupra ei, tinzând să întoarcă axa rotației sale, începe să se rotească nu în direcția momentului, ci în jurul axei perpendiculare pe ea (precesie).

Într-un bine echilibrat (astatic) și filarea rapid giroscop montat pe rulmenți momentului de frecare extrem de neglijabilă a forțelor externe este practic absentă, astfel încât giroscop lung păstrează aproape neschimbat orientarea în spațiu. Prin urmare, poate indica unghiul de rotație al bazei pe care este fixată. Acesta este modul în care fizicianul francez J. Foucault (1819-1868) a demonstrat pentru prima dată rotația Pământului. În cazul în care axa de rotație a giroscopului pentru a limita primăvară, atunci când acesta setarea respectivă, să zicem, la bordul unei aeronave, pentru a efectua o U-turn, giroscopul va deforma arcul până când acesta este echilibrat de momentul forței externe. În acest caz, forța de comprimare sau extindere a arcului este proporțională cu viteza unghiulară a aeronavei. Acesta este principiul acțiunii indicatorului de viraj al avionului și al multor alte instrumente giroscopice. Deoarece frecarea lagărelor este foarte mică, pentru a menține rotația rotorului giroscopic, nu necesită multă energie. Pentru ao aduce în rotație și pentru a menține rotația, este nevoie, de obicei, de un motor electric destul de scăzut sau de un jet de aer comprimat.
Aplicație Giroscopul este cel mai adesea folosit ca element de detectare a dispozitivelor giroscopice și ca senzor pentru unghiul de rotație sau viteza unghiulară pentru dispozitivele automate de comandă. În unele cazuri, de exemplu în girosabilizatoare, giroscoapele sunt folosite ca generatoare ale momentului forței sau energiei.
Vezi și Flywheel. Principalele domenii de aplicare a giroscoapelor sunt navigația, aviația și cosmonautica (vezi navigația inerțială). Aproape fiecare navă maritimă are o giroscoapă pentru controlul manual sau automat al navei, unele dotate cu girosabilizatoare. În sistemele de control al focului de artilerie al navei, există numeroase giroscoape suplimentare care oferă un sistem de referință stabil sau viteze de măsurare unghiulare. Fără giroscoapelor, controlul automat al torpilei nu este posibil. Avioanele și elicopterele sunt echipate cu instrumente giroscopice care furnizează informații fiabile pentru sistemele de stabilizare și navigație. Aceste instrumente includ un orizont de aer, un index giroscopic, un indicator giroscopic de rotire și rotire. Giroscoapele pot fi fie instrumente de indicare, fie senzori autopilot. Pe mai multe avioane sunt furnizate compase magnetice giroscopice și alte echipamente - ofițerii de navigație, camerele cu giroscoapă, giroscoapele seismice. În giroscoapele de aviație militară sunt de asemenea utilizate în scopuri de fotografiere a aerului și de bombardamente. Giroscoapele pentru diferite scopuri (navigație, putere) sunt disponibile în diferite dimensiuni, în funcție de condițiile de funcționare și de precizia cerută. În instrumentele giroscopice, diametrul rotorului este de 4-20 cm, iar valoarea mai mică se referă la dispozitivele aerospațiale. Diametrele rotoarelor girosabilizatoare ale navei sunt măsurate prin contoare.
CONCEPTE DE BAZĂ
Efectul giroscopic este creat de aceeași forță centrifugală care acționează asupra yulei, rotindu-se, de exemplu, pe o masă. Punctul de sprijin al mesei acolo forță titirez și de moment, sub acțiunea care axa de titirez rotație se abate de la verticală, iar forța centrifugă a masei rotative, prevenind schimbarea orientării planului de rotație și determină titirezului se rotesc în jurul verticală menținând astfel o orientare predeterminată în spațiu. Printr-o astfel de rotație, numită precesie, rotorul de giroscop reacționează la momentul aplicării forței în raport cu axa perpendiculară pe axa rotației proprii. Contribuția la masa rotorului, acest efect este proporțională cu pătratul distanței față de axa de rotație, deoarece cu cât raza, mai mari, în primul rând, accelerația liniară și, în al doilea rând, umărul forței centrifuge. Influența masei și distribuția acesteia în rotor este caracterizată de "momentul de inerție", adică rezultatul însumării produselor tuturor maselor constituente de către pătratul distanței față de axa de rotație. Efectul giroscopic total al rotorului rotativ este determinat de "momentul său cinetic", adică produsul vitezei unghiulare (în radiani pe secundă) în momentul inerției în raport cu axa rotației proprii a rotorului. Momentul cinetic este o cantitate vectorică care are nu numai o valoare numerică, ci și o direcție. În Fig. 1, momentul cinetic este reprezentat de săgeată (care este proporțională cu lungimea timpului), dirijat de-a lungul axei de rotație, în conformitate cu „regula dreapta“: sfredel ori de câte ori este furnizat, în cazul în care se rotesc în direcția de rotație a rotorului. Precesiunea și momentul forței sunt, de asemenea, caracterizate prin cantități vectoriale. Direcția vectorului de viteză unghiulară a precesiunii și a vectorului momentului unghiular este legată de regula borerului cu direcția de rotație corespunzătoare.
Vezi și Vector.
Giroscopul cu cele trei grade de libertate
În Fig. 1 este o diagramă cinematică simplificată a unui giroscop cu trei grade de libertate (trei axe de rotație), iar rotația în acestea sunt indicate prin săgeți curbate. Momentul cinetic este reprezentat de o săgeată îndrăzneață îndreptată de-a lungul axei rotației rotorului. Cuplul este aplicat prin apăsarea cu degetul, astfel încât are o componentă perpendiculară pe axa proprie de rotație a rotorului (a doua cupluri de forță creează un semi-ax vertical, fixat într-un cadru care este conectat la bază). Conform legilor lui Newton, un astfel de moment de forță trebuie să creeze un moment cinetic care coincide cu el în direcție și proporțional cu magnitudinea lui. Având în vedere că același moment cinetic (asociat cu rotația proprie a rotorului) este fixat în mărime (sarcină constantă unghiulară prin viteza, de exemplu, cu motor), această cerință legile lui Newton poate fi realizată numai prin rotirea axei de rotație (în direcția vectorului momentului forței externe), ceea ce duce la crește proiecția impulsului unghiular pe această axă. Această întoarcere este precesiunea, care a fost menționată mai devreme. Rata de precesie crește odată cu creșterea cuplului extern și scade cu creșterea momentului unghiular al rotorului.






Indicele giroscopic al cursului. În Fig. 2 prezintă un exemplu de utilizare a unui giroscop cu trei etape într-un indicator al cursului de aviație (giroscoapă-busolă). Rotirea rotorului în rulmenții cu bile este creată și menținută de un curent de aer comprimat îndreptat către suprafața îndoită a jantei. Cadrele interne și externe ale suspensiei cardanice asigură o libertate de rotație completă a axei rotației rotorului. Pe scara azimutului atașată la cadrul exterior, puteți introduce orice valoare a azimutului, aliniați axa rotației proprii a rotorului cu baza dispozitivului. Frecarea în lagărele ușor, astfel încât după introducerea acestei valori azimut, axa rotorului de rotație menține o poziție predeterminată în spațiu, și, folosind săgeata securizată la o bază, pe o scară de la planul de rotație azimut poate fi monitorizată. Indicatorul de direcție nu prezintă niciun abatere, cu excepția efectelor de deviație asociate cu imperfecțiunile mecanismului și nu necesită comunicarea cu mijloace de navigație externe (de exemplu, la sol).

DOUBLE-DOUĂ GIROSCOPE
În multe dispozitive giroscopice folosind o procedură simplificată, în două etape de realizare a giroscopului, în care cadrul exterior al giroscopului triplu îndepărtată și semiaxa sunt fixate direct pe pereții interiori ai carcasei, asociat rigid cu un obiect în mișcare. Dacă un astfel de dispozitiv este singurul cadru nu este limitat, momentul forțelor externe în raport cu axa asociată cu carcasa și perpendicular pe axa cadrului, va forța propria axă de rotație a rotorului preceseze în mod continuu în direcția acestei direcții inițiale. Precesiunea va continua până când axa rotației adecvate este paralelă cu direcția momentului forței, adică Într-o poziție în care efectul giroscopic este absent. În practică, această posibilitate este eliminată datorită faptului că sunt stabilite condițiile în care rotația cadrului față de corp nu depășește limitele unui unghi mic. Dacă precesia reacția este limitată doar de inerțial rotorului, unghiul de rotație al cadrului în orice moment dat este determinat de cuplul de accelerare integrat cu respect. Deoarece momentul inerției cadrului este de obicei relativ mic, acesta răspunde prea repede la rotația forțată. Există două modalități de a elimina această deficiență.
Contracararea arcului și a amortizorului vâscos. Senzor de viteză unghiulară. Precesia axa rotorului în direcția forței unghiulare vectorului impuls direcționat de-a lungul axei perpendiculare pe axa cadrului, iar un amortizor limită arc care acționează pe axa cadrului. Schema cinematică a unui giroscop cu două etape cu un arc opus este prezentată în Fig. 3. Axa rotorului rotativ este fixată într-un cadru perpendicular pe axa de rotație a acestuia din urmă față de corp. Axa de intrare a giroscopului este numita direcție asociată cu un cadru de bază și perpendicular pe axa de rotație a axei proprii rotorului la arcul nedeformată.

Momentul forței externe în raport cu axa de rotație a rotorului de referință, atașat la baza la momentul când baza se rotește în spațiul inerțial, și, astfel, axa rotorului de rotație coincide cu direcția de referință, determină rotirea axei rotorului preceseze în direcția axei de intrare, astfel încât unghiul Abaterea cadrului începe să crească. Acest lucru este echivalent cu timpul aplicării forței arcului opus, în ceea ce este o funcție importantă a rotorului, care, ca răspuns la forța cuplului de intrare creează o forță de moment, în jurul axei de ieșire (Fig. 3). La o intrare rată unghiulară ieșire giroscoapelor cuplu constant al forței arcului continuă să se deformeze până cuplul generat care acționează pe cadru, nu va forța rotorul la preceseze în jurul axei de rotație a arborelui de intrare. Atunci când o astfel de viteză de precesie cauzată de momentul creat de primăvară devine egală cu viteza unghiulară de intrare este atins echilibrul și se oprește schimbarea cadrului unghiului. Astfel, unghiul de deviere a cadrului giroscopului (fig. 3), indicat cu o săgeată pe scara, dă o indicație a direcției și vitezei unghiulare a unui obiect în mișcare. În Fig. 4 prezintă elementele de bază ale vitezei unghiulare a indicatorului (senzorului), care a devenit unul dintre cele mai convenționale dispozitive aerospațiale.

Depășirea vâscoasă. Pentru a suprima cuplul de ieșire al forței în raport cu axa nodului giroscopic în două trepte, se poate utiliza o amortizare vâscoasă. Diagrama cinematică a unui astfel de dispozitiv este prezentată în Fig. 5; acesta diferă de circuitul din Fig. 4 prin faptul că nu există nici un arc de contra-acțiune, iar amortizorul vâscos este mărit. Atunci când un astfel de dispozitiv se rotește la o viteză unghială constantă în jurul axei de intrare, cuplul de ieșire al giroscopului determină ca cadrul să se preceadă în jurul axei de ieșire. Excluzând efectul reacției inerțial (datorită cadrului de inerție practic doar o întârziere de răspuns) în acest moment este contrabalansat de tragere vâscoasă cuplului creat de amortizor. Cuplul este amortizor proporțională vitezei unghiulare în raport cu cadrul a corpului, astfel încât cuplul de ieșire girouzla asemenea proporțională cu această viteză unghiulară. Deoarece cuplul de ieșire este proporțională cu intrare crește viteza unghiulară ca și corpul este rotit în jurul axei de intrare (pentru unghiuri de ieșire mici ale cadrului), unghiul de ieșire al cadrului. O săgeată care se deplasează de-a lungul unei scale (Figura 5) indică unghiul de rotație al cadrului. Indicațiile sunt proporționale cu integralei vitezei unghiulare în raport cu axa de intrare în spațiul inerțial, și, prin urmare, dispozitivul, a cărui schemă este prezentată în Fig. 5, se numește un senzor giroscop integrat cu două grade.

În Fig. 6 prezintă un senzor giroscop integrat, rotorul (gyromotorul) fiind închis într-un pahar ermetic închis într-un fluid de amortizare. Semnalul unghiului de rotație al cadrului plutitor în raport cu corpul este generat de un senzor de unghi de inducție. Poziția giroscoapelor plutitoare din corpuri stabilește senzorul de cuplu în conformitate cu semnalele electrice primite. Senzorii de giroscop de integrare sunt de obicei instalați pe elemente echipate cu un servo drive și controlate de semnalele de ieșire giroscoapelor. Cu acest aranjament, ieșirea senzorului de cuplu poate fi folosită ca o comandă pentru a roti un obiect în spațiul inerțial.
Vedeți și Gyrocompass.

REFERINȚE
Wrigley U. Hollister U. Denhard U. Teoria, proiectarea și testarea giroscoapelor. M. 1972 Babayeva N.F. Giroscoape. L. 1973 Poplavsky MA Teoria giroscoapelor. Kiev, 1986

Articole similare

• Demnitatea - un dicționar explicativ al lui Dmitriev - enciclopedie dicționare

• Înțelesul dicționarului "water lily" Ushakov, enciclopedia "biologie", dicționar enciclopedic și altele

• Pyrite - o encyclopedie sovietică mare - enciclopedie dicționare

Trimiteți-le prietenilor: