陀螺仪原理
陀螺仪的原理就是,一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改变的。人们根据这个道理,用它来保持方向,制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒,因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪在工作时要给它一个力,使它快速旋转起来,一般能达到每分钟几十万转,可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向,并自动将数据信号传给控制系统。
在现实生活中,陀螺仪发生的进给运动是在重力力矩的作用下发生的。
陀螺仪特性
陀螺仪被用在飞机飞行仪表的心脏地位,是由于它的两个基本特性:一为定轴性(inertia or rigidity),另一是逆动性(precession),这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。
定轴性
当陀螺转子以极高速度旋转时,就产生了惯性,这惯性使得陀螺转子的旋转轴保持在空间,指向一个固定的方向,同时反抗任何改变转子轴向的力量 ,这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或惯性。 其惯性随以下的物理量而改变:
1、转子质量愈大,惯性愈大
2、转子旋转半径愈大,惯性愈大
3、转子旋转速度愈大,惯性愈大。
逆动性
在运转中的陀螺仪,如果外界施一作用或力矩在转子旋转轴上,则旋转轴并不沿施力方向运动,而是顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动,此现 象即是逆动性。
逆动性的大小也有三个影响的因素:
1、外界作用力愈大,其逆动性也愈大;
2、转子的质量惯性矩(moment of inertia)愈大,逆动性愈小;
3、转子的角速度愈大,逆动性愈小。
而逆动方向可根据逆动性原理取决于施力方向及转子旋转方向。