如果你對現(xiàn)代戰(zhàn)爭有一點了解,就一定對制導武器尤其是制導導彈有深刻的印象。而制導技術(shù)中的一個關(guān)鍵設備就是陀螺儀,陀螺儀是在動態(tài)中保持相對跟蹤狀態(tài)的裝置,由于其原理的復雜性,我們借助于圖來看看陀螺儀的原理。 m( B/ U: ~- ^9 H
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9 m: R$ G: e( T' I8 c/ _0 {如果你對現(xiàn)代戰(zhàn)爭有一點了解,就一定對制導武器尤其是制導導彈有深刻的印象。而制導技術(shù)中的一個關(guān)鍵設備就是陀螺儀,陀螺儀是在動態(tài)中保持相對跟蹤狀態(tài)的裝置,由于其原理的復雜性,我們借助于圖來看看陀螺儀的原理。
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; R% t; D& U# W% B) F1 o 我們不用一個完整的輪框,我們用四個質(zhì)點ABCD來表示邊上的區(qū)域,這個邊對于用圖來解釋陀螺儀的工作原理是很重要的。軸的底部被托住靜止但是能夠各個方向旋轉(zhuǎn)。當一個傾斜力作用在頂部的軸上的時候,質(zhì)點A向上運動,質(zhì)點C則向下運動,如其中的子圖1。因為陀螺儀是順時針旋轉(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)90度角之后,質(zhì)點A將會到達質(zhì)點B的位置。CD兩個質(zhì)點的情況也是一樣的。子圖2中質(zhì)點A當處于如圖的90度位置的時候會繼續(xù)向上運動,質(zhì)點C也繼續(xù)向下。AC質(zhì)點的組合將導致軸在子圖2所示的運動平面內(nèi)運動。一個陀螺儀的軸在一個合適的角度上旋轉(zhuǎn),在這種情況下,如果陀螺儀逆時針旋轉(zhuǎn),軸將會在運動平面上向左運動。如果在順時針的情況中,傾斜力是一個推力而不是拉力的話,運動將會向左發(fā)生。在子圖3中,當陀螺儀旋轉(zhuǎn)了另一個90度的時候,質(zhì)點C在質(zhì)點A受力之前的位置。C質(zhì)點的向下運動現(xiàn)在受到了傾斜力的阻礙并且軸不能在傾斜力平面上運動。傾斜力推軸的力量越大,當邊緣旋轉(zhuǎn)大約180度時,另一側(cè)的邊緣推動軸向回運動。
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萬向節(jié)陀螺儀
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實際上,軸在這個情況下將會在傾斜力的平面上旋轉(zhuǎn)。軸之所以會旋轉(zhuǎn)是因為質(zhì)點AC在向上和向下運動的一些能量用盡導致軸在運動平面內(nèi)運動。當質(zhì)點AC最后旋轉(zhuǎn)到大致上相反的位置上時,傾斜力比向上和向下的阻礙運動的力要大。/ r! H" ?& V, u# Z7 r1 ]$ P
; H7 n* Z& u+ R' t( U/ k3 y( z0 f 陀螺儀運動的特性是它拐彎的時候能夠保持單軌設備的直上直下。比如說,有必要的話,消防汽缸壓在一個很重的陀螺儀的軸上,就能保持其穩(wěn)定。陀螺儀和萬向節(jié)結(jié)合起來組成的萬向節(jié)陀螺儀則是實際中最經(jīng)常應用的。
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$ S* ]# t3 x1 c- I1 E各模上的陀螺儀
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從上面我們可以看到,陀螺儀的關(guān)鍵是軸的不變性。這樣的特性,看起來雖然簡單,但能使用在許多不同的應用上。制導武器就是陀螺儀的最關(guān)鍵應用之一。在慣性制導中,陀螺儀是控制武器飛行姿態(tài)的重要部件,在劇烈變化的環(huán)境中,沒有精心設計的陀螺儀用來保證穩(wěn)定性和準確性,再好的控制規(guī)律也無法命中目標。除了制導之外,陀螺儀還能夠應用在其他的尖端的科技上。比如說,著名的哈勃天文望遠鏡的3個遙感裝置中每個都裝有一個陀螺儀和一個備份。3個工作的陀螺儀是保證望遠鏡指向所必不可少的。
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陀螺儀正是因為它的平衡的特性,已經(jīng)成為了飛行設備中關(guān)鍵的部件,從航模、制導武器、導彈、衛(wèi)星、天文望遠鏡,無處沒有它的身影,陀螺儀默默的工作保證了這些飛行設備能按照指定的方式去工作。
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x7 P! L% r7 U1 u6 t 我們不用一個完整的輪框,我們用四個質(zhì)點ABCD來表示邊上的區(qū)域,這個邊對于用圖來解釋陀螺儀的工作原理是很重要的。軸的底部被托住靜止但是能夠各個方向旋轉(zhuǎn)。當一個傾斜力作用在頂部的軸上的時候,質(zhì)點A向上運動,質(zhì)點C則向下運動,如其中的子圖1。因為陀螺儀是順時針旋轉(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)90度角之后,質(zhì)點A將會到達質(zhì)點B的位置。CD兩個質(zhì)點的情況也是一樣的。子圖2中質(zhì)點A當處于如圖的90度位置的時候會繼續(xù)向上運動,質(zhì)點C也繼續(xù)向下。AC質(zhì)點的組合將導致軸在子圖2所示的運動平面內(nèi)運動。一個陀螺儀的軸在一個合適的角度上旋轉(zhuǎn),在這種情況下,如果陀螺儀逆時針旋轉(zhuǎn),軸將會在運動平面上向左運動。如果在順時針的情況中,傾斜力是一個推力而不是拉力的話,運動將會向左發(fā)生。在子圖3中,當陀螺儀旋轉(zhuǎn)了另一個90度的時候,質(zhì)點C在質(zhì)點A受力之前的位置。C質(zhì)點的向下運動現(xiàn)在受到了傾斜力的阻礙并且軸不能在傾斜力平面上運動。傾斜力推軸的力量越大,當邊緣旋轉(zhuǎn)大約180度時,另一側(cè)的邊緣推動軸向回運動。
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7 k% w, t$ s' L' n1 n' B萬向節(jié)陀螺儀2 i7 b! z, d8 \& d# e
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實際上,軸在這個情況下將會在傾斜力的平面上旋轉(zhuǎn)。軸之所以會旋轉(zhuǎn)是因為質(zhì)點AC在向上和向下運動的一些能量用盡導致軸在運動平面內(nèi)運動。當質(zhì)點AC最后旋轉(zhuǎn)到大致上相反的位置上時,傾斜力比向上和向下的阻礙運動的力要大。0 b3 i) i q* K6 _9 L7 {( x/ F- j
+ V% H# x* ]7 f" Z3 D 陀螺儀運動的特性是它拐彎的時候能夠保持單軌設備的直上直下。比如說,有必要的話,消防汽缸壓在一個很重的陀螺儀的軸上,就能保持其穩(wěn)定。陀螺儀和萬向節(jié)結(jié)合起來組成的萬向節(jié)陀螺儀則是實際中最經(jīng)常應用的。
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, n3 B0 w$ D( z- ] Z& _3 |+ w各模上的陀螺儀8 `. p) L O+ }* j# a
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從上面我們可以看到,陀螺儀的關(guān)鍵是軸的不變性。這樣的特性,看起來雖然簡單,但能使用在許多不同的應用上。制導武器就是陀螺儀的最關(guān)鍵應用之一。在慣性制導中,陀螺儀是控制武器飛行姿態(tài)的重要部件,在劇烈變化的環(huán)境中,沒有精心設計的陀螺儀用來保證穩(wěn)定性和準確性,再好的控制規(guī)律也無法命中目標。除了制導之外,陀螺儀還能夠應用在其他的尖端的科技上。比如說,著名的哈勃天文望遠鏡的3個遙感裝置中每個都裝有一個陀螺儀和一個備份。3個工作的陀螺儀是保證望遠鏡指向所必不可少的。( r" b. I6 U) D# _ g6 M% h
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陀螺儀正是因為它的平衡的特性,已經(jīng)成為了飛行設備中關(guān)鍵的部件,從航模、制導武器、導彈、衛(wèi)星、天文望遠鏡,無處沒有它的身影,陀螺儀默默的工作保證了這些飛行設備能按照指定的方式去工作。 |