Gyrocompass

működési elvek

a giroszkóp egyik formája egy forgó kerék, amely úgy van felszerelve, hogy a forgástengelyének iránya univerzális forgási szabadsággal rendelkezik. A centrifugálás lehetővé teszi a kerékben lévő anyag tömegének vagy inerciális tulajdonságainak folyamatos felhasználását, ezáltal viszonylag nagy giroszkópos lendületet vagy tehetetlenséget eredményez egy közepes méretű kerékben. A gyakorlati giroszkóp fontos tulajdonsága a szögimpulzus-a centrifugálás és a centrifugálási tengely körüli tehetetlenségének terméke. Ez a mennyiség vektor, mivel mind iránya, mind nagysága van. A szögimpulzus vektort kényelmesen ábrázolhatjuk úgy, hogy a jobb kéz ujjait a centrifugálás forgási értelmében göndörítjük, a kéz kinyújtott hüvelykujját, majd a szögimpulzus vektor irányába mutatunk. A szögimpulzus gyakorlatilag párhuzamos a centrifugálási tengellyel gyrocompass.

ugyanígy az erő (nyomaték vagy fordulási hatás) pillanata a jobb kéz meghosszabbított hüvelykujja mentén irányul, amikor a kéz ujjai az erő által előidézett forgás értelmében görbülnek. A giroszkópok alaptörvénye a következő: amikor nyomatékot alkalmaznak egy giroszkópra, az elfordul (vagy precessz), hogy megpróbálja összehangolni szögmomentumát a nyomatékkal. A precesszió az inerciális térre vonatkozik—vagyis egy olyan referenciaterületre, amely nem forog az “állócsillagokhoz képest.”Vegye figyelembe, hogy a Föld napi forgása miatt nem része az inerciális térnek. A precesszió nagysága egyenesen arányos a nyomaték nagyságával, fordítottan arányos a szögmomentum nagyságával. Ha nincs nyomaték, a centrifugálási tengely mozdulatlan marad a tehetetlenségi térhez képest; ha egy csillagra irányul, akkor továbbra is a csillagra irányul, következésképpen a tengely egyik vége úgy tűnik a Föld megfigyelőjének, hogy egy nap folyamán Keleten emelkedik, és nyugaton nyugszik. Amikor egy alkalmazott nyomaték megpróbálja elforgatni a giroszkópot a függőleges tengely körül, a centrifugálási tengely emelkedik vagy süllyed, amikor megpróbálja összehangolni szögmomentumát a nyomatékkal. Hasonlóképpen, egy vízszintes tengely körül alkalmazott nyomaték a centrifugálási tengely precesszióját eredményezi a függőleges tengely körül.

a gyrocompass egy giroszkóp, amelynek kerete a tömeg kiegyensúlyozatlanság így a inga derékszögben a centrifugálási tengelyhez. Normál működés esetén a forgástengely közel vízszintes és észak felé mutat, míg az inga lefelé mutat. Vegyünk egy girokompasztot, amelynek Centrifugálási tengelye vízszintes, és néhány fokkal észak felé mutat. A Föld forgása ezután a centrifugálási tengelyt a horizont fölé emeli, amint azt egy Föld-megfigyelő látja (pontosabban, a horizont a centrifugálási tengely alá süllyed, amely kezdetben mozdulatlan marad inerciális tér). Ez a művelet vízszintes nyomatékot eredményez nyugat felé irányítva, a gravitáció inga hatására. A forgástengely, betartva a giroszkópok alaptörvényét, a meridián felé a függőleges irányban halad előre, a Föld forgása miatt tovább emelkedik, amíg a meridián el nem éri. Ezen a ponton a függőleges nyomaték Maximális, és a forgástengely tovább halad a meridiánon keresztül. Amikor a centrifugálási tengely a meridiántól nyugatra van, a Föld forgása a centrifugálási tengely beállítását okozza, ezáltal csökkentve a függő nyomatékot. Ugyanazon a távolságon északtól Nyugatra, mint a kiindulási irány északtól keletre, a centrifugálási tengely ismét vízszintes, de a Föld forgása miatt továbbra is beáll. Ez azt eredményezi, hogy a forgástengely a horizont alá süllyed, és kelet felé függő nyomatékot eredményez, ami azt eredményezi, hogy a forgástengely ismét a meridián felé halad, végül pedig a meridiánon túl és vissza a kiindulási irányba, ahol ez az egész folyamat megismétlődik. A forgástengely tehát ellipszist mutat a meridián körül és vízszintesen. Az ellipszis síksága és az oszcilláció periódusa az inga erejétől függ.

ahhoz, hogy a girokompass észak felé mutasson, szükséges, hogy az oszcilláció csillapodjon, hogy az egység a meridiánra telepedhessen, és ne haladjon tovább rajta. Az oszcillátor csillapítása magában foglalja annak energiaállapotának megváltoztatását a test sebességével szemben. A csillapítás két elvi módszerét alkalmazták. Az elsőt, amelyet a Sperry kivételével az összes girokompasszban használtak, Schuler fejlesztette ki. Ez egy antipenduláris nyomaték alkalmazásából áll, amelyet egy viszkózus folyadék korlátozott áramlása okoz, amely reagál a giroszkópos elem dőlésére. A viszkozitást és a szűkületen keresztüli áramlás irányát úgy kombinálják, hogy a nyomatékot a csillapítás megfelelő fázisában alkalmazzák. A nyomaték vízszintes, és ideális esetben úgy van irányítva, hogy a giroszkópot mindig a meridián felé irányítsa: nyugatra mutat, amikor a centrifugálási tengely a meridiántól keletre, és keletre, amikor a centrifugálási tengely a meridiántól nyugatra van. A függő és csillapító nyomatékok együttes hatása a csillapítatlan rendszer korábban említett elliptikus mozgását spirális mozgásra változtatja a meridián felé. A viszkózus súrlódás elnyeli a csillapítás hatására visszavont energiát.

a második csillapítási módszert a Sperry gyrocompass-ban alkalmazzák. A Sperry iránytűt egy elektromos meghajtású nyomon követési rendszerrel ellátott huzalfelfüggesztés támasztja alá, fantomgyűrűként ismert, amely egyfajta szervomechanizmus. A csillapítás magában foglalja a függő nyomaték oly módon történő alkalmazását, hogy annak kölcsönhatása a fantomgyűrűvel és az utómotorral nyomatékot eredményez a függőleges tengely mentén. Ez megpróbálja csökkenteni a giroszkópos elem dőlését. Mivel a vízszintes síkban a dőlés és a mozgás egy girokompasszban van összekapcsolva, ez a módszer arra is szolgál, hogy tompítsa a centrifugálási tengelyt a meridián felé. A csillapítás energiáját a fantomgyűrűt működtető motor biztosítja. Ennek a rendszernek antipendulus hatása van, a csillapítás pedig energia hozzáadásával érhető el a rendszerhez.

egyensúlyi állapotában a gyrocompass forgástengelyének északi oldalán enyhén felfelé, a déli féltekén pedig lefelé billen. Ez előállítja azt a nyomatékot, amely ahhoz szükséges, hogy a girokompass a függőleges tengely körüli tehetetlenségi térhez viszonyítva ugyanolyan sebességgel forogjon, mint a meridián a Föld forgása miatt az adott tengely körül. Ez az arány az egyenlítőn nulla, a pólusokon pedig teljes Földsebességre növekszik. Ezen egyensúlyi dőlés miatt a Sperry gyrocompassban alkalmazott csillapítási módszer miatt a centrifugálási tengely az északi féltekén a meridiántól kissé keletre, a déli részén pedig nyugatra telepedik le. Ez egy kis ismert szög, amelyet a fejléc jelzése könnyen kompenzál.

az Ansch és Arma iránytűket flotáció támogatja. A függő nyomatékot úgy kapjuk meg, hogy az egységet egyszerűen úgy szereljük fel, hogy a tömegközéppont a forgócsap alá kerüljön. A csillapítást egy viszkózus folyadék csőben történő korlátozott áramlásával érik el. A barna iránytűt pulzáló olajoszlop támasztja alá. A függő nyomatékot két tartály közötti olajáramlással kapjuk meg. A giroszkóp kerék forgása által generált Légnyomás arra kényszeríti az olajat felfelé, hogy inga legyen, mivel természetesen antipendulous vagy top-heavy. Csillapítja a viszkózus folyadék korlátozott áramlása egy csőben. A Sperry iránytűt egy elektromos meghajtású fantomgyűrűvel ellátott huzalfelfüggesztés támasztja alá, hogy eltávolítsa a huzalok torzióját (csavarását). A fantomgyűrűt egy ballisztikus nevű keret veszi körül. A függő nyomatékot a higany két tartály (a higany ballisztikus) közötti áramlásával kapjuk meg. Mivel ez a cselekvés antipenduláris, a giroszkópos szögmomentum egyensúlyi iránya Dél. Két potenciálisan instabil komponens kombinációja stabil rendszert eredményez. Ezt csillapítja a követő motor, amely a fantomgyűrű elmozdulásával arányos jelet kap a kereket tartó kardánról.