Kompas

Operační principy

Jedna forma gyroskop je předení kolo namontovat tak, aby směr jeho rotační osy má univerzální rotační svobodu. Spin umožňuje hmoty, nebo inerciální, vlastnosti materiálu kola, aby být používán nepřetržitě, a tím dává vzniknout poměrně velký gyroskopický hybnost nebo setrvačnost ve středně velké kolo. Důležitou vlastností praktického gyroskopu je jeho moment hybnosti-součin jeho rotace a setrvačnosti kolem osy odstřeďování. Toto množství je vektor, protože má směr i velikost. Moment hybnosti vektor může být vhodně reprezentován curling prsty pravé ruky v rotační smysl točit, rozšířené palec ruky, pak ukazuje ve směru momentu hybnosti vektor. Moment hybnosti je v praktickém gyrokompasu téměř rovnoběžný s osou odstřeďování.

stejným způsobem, moment síly (točivý moment, nebo otáčení efekt) je směrován podél rozšířené palec pravé ruky, kdy prsty ruky curl ve smyslu otáčení se, že síla je snaží vytvářet. Následující je základní zákon gyroscopics: když točivý moment je aplikován na gyroskop, bude otáčet (nebo precesi) tak, aby se pokus sladit jeho moment hybnosti s točivým momentem. Precese je s ohledem na inerciální prostor—to je, referenční prostor, který je neotáčivý vzhledem k „pevným hvězdám“.“Všimněte si, že země není součástí inerciálního prostoru kvůli jeho každodenní rotaci. Velikost precese je přímo úměrná velikosti točivého momentu a nepřímo úměrná velikosti momentu hybnosti. Pokud není použit žádný točivý moment, osa odstřeďování zůstává nehybná vzhledem k inerciálnímu prostoru; pokud je zaměřen na hvězdu, zůstává zaměřen na hvězdu, a proto se jeden konec osy objeví pozorovateli země, v průběhu dne, stoupat na východě a nastavit na západě. Když se aplikovaný točivý moment pokusí otočit gyroskop kolem svislé osy, osa odstřeďování se zvýší nebo ponoří, když se pokusí sladit svůj moment hybnosti s točivým momentem. Podobně aplikovaný točivý moment kolem vodorovné osy způsobí, že osa odstřeďování předchází svislé ose.

To kompas je gyroskop mají rám s hmotností nevyvážení, že to pendulosity v pravém úhlu rotace osy. V normálním provozu bude osa odstřeďování téměř vodorovná a směřující na sever, zatímco kyvadlo je směrem dolů. Vezměme si gyrokompas začal s jeho osy rotace horizontální a směřující několik stupňů východně od severu. Rotace země pak způsobuje, že rotační osy stoupat nad obzor, jak je patrné ze Země pozorovatele (přesněji, horizont klesne pod rotační osy, který zpočátku zůstává bez pohybu v inerciální prostor). Tato akce vytváří horizontální točivý moment směřující na západ v důsledku působení gravitace na kyvadlo. Spin osy, dodržování základního zákona gyroscopics, precesses o vertikální směrem k poledníku, i nadále stoupat, protože rotace Země až k poledníku je dosaženo. V tomto bodě je převislý točivý moment maximální a osa odstřeďování pokračuje přes poledník. Když je osa odstřeďování západně od poledníku, rotace Země způsobí nastavení osy odstřeďování, čímž se sníží převislý točivý moment. Ve stejné vzdálenosti západně od severu jako výchozí směr byl východně od severu, osa rotace je opět vodorovná, ale kvůli rotaci Země se stále nastavuje. To způsobí, že rotační osa se ponořit pod obzorem a vytváří východ převislé točivý moment, který způsobuje rotační osy k precesi směrem k poledníku znovu a nakonec precesi kolem meridian a zpět do výchozího směru, kde celý tento proces se opakuje. Osa odstřeďování tak sleduje elipsu kolem poledníku a vodorovné. Rovinnost elipsy a doba oscilace závisí na síle kyvadla.

Pro kompas na sever, je nutné, aby kmitání bylo tlumené tak, že jednotka může usadit na poledníku a ne držet procházející přes to. Tlumení oscilátoru zahrnuje změnu jeho energetického stavu tím, že se postaví proti rychlosti těla. Byly použity dvě základní metody tlumení. První, použitý ve všech gyrokompasech kromě Sperry, byl vyvinut Schulerem. Spočívá v aplikaci antipendulózního točivého momentu způsobeného omezeným průtokem viskózní tekutiny reagující na náklon gyroskopického prvku. Viskozita a směr proudění zúžením jsou kombinovány tak, že točivý moment je aplikován ve správné fázi pro tlumení. Točivý moment je vodorovný a ideálně je směrován tak, aby vždy předcházel gyroskopu směrem k poledníku: ukazuje na západ, když je osa odstřeďování východně od poledníku a na Východ, když je osa odstřeďování západně od poledníku. Kombinované působení převislé a tlumící momenty změny výše uvedených eliptický pohyb netlumený režimu na spirále-v pohybu směrem k poledníku. Viskózní tření absorbuje energii odebranou za účelem tlumení.

druhý způsob tlumení se používá v gyrokompasu Sperry. Sperry kompas je podporován drát zavěšení s power-řízený follow-up systém, známý jako fantom prsten, který je typu servomechanismu. Tlumení zahrnuje použití převislé točivého momentu takovým způsobem, že jeho interakce s phantom prsten a navazující motor produkuje točivý moment podél svislé osy. To se pokouší snížit sklon gyroskopického prvku. Protože náklon a pohyb v horizontální rovině jsou spojeny dohromady v gyrokompasu, tento způsob také slouží k tlumení osy odstřeďování směrem k poledníku. Energie pro tlumení je dodávána motorem, který ovládá fantomový kroužek. Tento systém má antipendulózní účinek a tlumení se získává přidáním energie do systému.

v ustáleném stavu má gyrokompas mírný sklon vzhůru na severní straně své osy rotace na severní polokouli a sklon dolů na jižní polokouli. To vytváří krouticí moment potřebný k precesi na kompas vzhledem k inerciálnímu prostoru okolo svislé osy ve stejné výši, že meridian je otočná o tuto osu, protože rotace Země. Tato rychlost je nulová na rovníku a zvyšuje se na plné zemské rychlosti na pólech. Protože tato rovnováha tilt, tlumení metoda používaná v Sperry kompas způsobuje rotační osy mírně usadit na východ od poledníku na Severní Polokouli a na západ v Jižní. Jedná se o malý známý úhel, který je snadno kompenzován v indikaci nadpisu.

kompasy Anschütz a Arma jsou podporovány flotací. Převislý točivý moment se získá jednoduchou montáží jednotky s těžištěm pod otočný čep. Tlumení se získá omezeným průtokem viskózní tekutiny v trubici. Hnědý kompas je podepřen pulzujícím sloupcem oleje. Převislý točivý moment se získává proudem oleje mezi dvěma nádržemi. Tlak vzduchu generovaný rotací gyroskopického kola nutí olej do kopce, aby mu dal kyvadlo, protože je přirozeně antipendulózní, nebo top-těžký. Tlumí se omezeným průtokem viskózní tekutiny v trubici. Sperry compass je podepřen drátěným zavěšením s poháněným fantomovým kroužkem pro odstranění kroucení (kroucení) z vodičů. Kolem fantomového prstence je rám zvaný balistický. Převislý točivý moment se získává proudem rtuti mezi dvěma nádržemi (balistická rtuť). Vzhledem k tomu, že tato akce je antipendulózní, rovnovážný směr gyroskopického momentu hybnosti je na jih. Tato kombinace dvou potenciálně nestabilních komponent vytváří stabilní systém. Tlumí ho následný motor, který přijímá signál úměrný posunutí fantomového kroužku z kardanového závěsu.