ジャイロコンパス

動作原理

ジャイロスコープの一つの形態は、そのスピン軸の方向が普遍的な回転自由度を持つように取り付けられたスピニングホイールである。 回転は車輪の材料の固まり、か慣性、特性が絶えず使用されるようにし、それにより適当大きさで分類された車輪の比較的大きいジャイロスコープ運動量か 実用的なジャイロスコープの重要な特性は、その角運動量—スピンとスピン軸に関する慣性の積です。 この量は、方向と大きさの両方を持っているので、ベクトルです。 角運動量ベクトルは、右手の指をスピンの回転感覚でカールさせ、手の延長された親指を角運動量ベクトルの方向に向けることによって好都合に表 実用的なジャイロコンパスでは角運動量はスピン軸にほぼ平行である。

同様に、力が生成しようとしている回転の意味で手の指がカールするとき、力の瞬間（トルク、または回転効果）が右手の伸びた親指に沿って向けら ジャイロスコープにトルクが加わると、その角運動量をトルクと整列させようとするように回転（または歳差運動）します。 歳差運動は、慣性空間、つまり「固定された星」に対して回転しない参照空間に関するものです。「地球は毎日の自転のために慣性空間の一部ではないことに注意してください。 歳差運動の大きさは、トルクの大きさに正比例し、角運動量の大きさに反比例する。 トルクが適用されない場合、回転軸は慣性空間に対して静止したままになります; 星を目指した場合、それは星を目指したままであり、その結果、軸の一端は、東に上昇し、西に設定するために、一日の過程で、地球の観測者に表示されます。 適用されたトルクが垂直軸の周りにジャイロスコープを回転させようとすると、スピン軸はその角運動量をトルクと整列させようとすると上昇ま 同様に、水平軸の周りに加えられたトルクは、スピン軸が垂直軸の周りに歳差運動する原因となる。

ジャイロコンパスは、質量の不均衡を持つフレームを持つジャイロスコープであり、スピン軸に直角に振り子を与えます。 通常の操作では、スピン軸はほぼ水平で北に向けられ、振り子は下向きになります。 ジャイロコンパスは、その回転軸が水平で、北の数度東を指していると考えてみましょう。 地球の自転は、地球の観測者が見るように、スピン軸を地平線の上に上昇させる（より正確には、地平線はスピン軸の下に沈み、慣性空間では最初は動かないままである）。 この作用は、振り子に対する重力の影響のために西に向けられた水平トルクを生成する。 ジャイロスコープの基本法則に従うスピン軸は、子午線に向かって垂直について歳差運動し、子午線に達するまで地球の自転のために上昇し続けます。 この時点で振り子のトルクは最高であり、回転の軸線は子午線を通って歳差運動し続ける。 スピン軸が子午線の西にあるとき、地球の回転はスピン軸を設定し、振り子トルクを減少させる。 開始方向が北の東であったのと同じ北の西の距離では、スピン軸は再び水平ですが、地球の自転のために設定し続けます。 これにより回転の軸線は地平線の下で浸り、回転の軸線が子午線の方に再度歳差運動し、結局子午線を過ぎてそしてこの全プロセスが繰り返される開始の方向に戻って歳差運動させる東向きの振り子のトルクを作り出す。 スピン軸は、このように子午線と水平の周りの楕円をトレースします。 楕円の平坦度と振動の周期は振り子の強さに依存する。

ジャイロコンパスが北を指すためには、ユニットが子午線に定着し、それを通過し続けないように振動を減衰させる必要があります。 振動子を減衰させるには、体の速度に反対することによってエネルギー状態を変化させることが必要です。 減衰のための二つの原理的方法が用いられている。 スペリーを除くすべてのジャイロコンパスで使用されている最初のものは、Schulerによって開発されました。 それはジャイロスコープな要素の傾きに答える粘性液体の限られた流れによって引き起こされるantipendulousトルクの適用から成っている。 トルクが弱まることのための適切な段階で加えられるように収縮を通る流れの粘着性そして方向は結合される。 トルクは水平であり、理想的には常にジャイロを子午線に向かって歳差すように指示されています：スピン軸が子午線の東にあるときは西を指し、スピン軸が子午線の西にあるときは東を指します。 振り子トルクと減衰トルクの組み合わせ作用は，減衰されていない領域の前述の楕円運動を子午線に向かって螺旋状の運動に変化させる。 粘性摩擦は、減衰をもたらすために引き抜かれたエネルギーを吸収する。

スペリージャイロコンパスでは第二の減衰法が使用されています。 スペリーコンパスは、サーボ機構の一種であるファントムリングとして知られているパワー駆動のフォローアップシステムを備えたワイヤーサスペンションによっ 減衰は、ファントムリングとフォローアップモータとの相互作用が垂直軸に沿ってトルクを生成するような方法で振り子トルクを適用することを含 これは、ジャイロ要素の傾きを低減しようとする。 水平面内の傾きと運動はジャイロコンパスで一緒に結合されているので、この方法はまた、子午線に向かってスピン軸を減衰させるのに役立つ。 弱まることのためのエネルギーは幻影リングを作動させるモーターによって供給される。 このシステムは反pendulous行為を有し、システムにエネルギーを加えることによって弱まることは得られる。

定常状態では、ジャイロコンパスは、北半球ではそのスピン軸の北側にわずかに上向きの傾きを持ち、南半球では下向きの傾きを持つ。 これは、地球の回転のために子午線がその軸を中心に回転しているのと同じ速度で、垂直軸を中心とした慣性空間に対してジャイロコンパスを歳差すのに必要なトルクを生成します。 この速度は赤道ではゼロであり、極では完全な地球の速度に増加します。 この平衡傾斜のために，スペリージャイロコンパスで使用される減衰法は，北半球では子午線のわずかに東に，南では西にスピン軸を沈降させる。 これは見出しの徴候で容易に償われる小さい知られていた角度である。

AnschützおよびArmaのコンパスは浮遊によって支えられる。 Pendulousトルクはピボットの下で重心が付いている単位を単に取付けることによって得られる。 減衰は、管内の粘性流体の制限された流れによって得られる。 茶色のコンパスは脈打つオイルのコラムによって支えられる。 振り子トルクは二つのタンク間の油の流れによって得られる。 ジャイロホイールの回転によって生成される空気圧は、自然に反跳性またはトップヘビーであるため、オイルを上り坂に押しつけて振り子を与えます。 それは管の粘性液体の限られた流れによって弱まる。 スペリーのコンパスはパワー主導の幻影リングが付いているワイヤー懸濁液によってワイヤーからねじり（ねじれること）を取除くために支えられる。 ファントムリングの周囲には、弾道と呼ばれるフレームがあります。 振り子トルクは、二つのタンク（水銀弾道）間の水銀の流れによって得られる。 この作用は反偏性であるため、ジャイロ角運動量の平衡方向は南である。 2つの潜在的に不安定なコンポーネントのこの組み合わせは、安定したシステムを生成します。 それは車輪支持のジンバルから幻影リングの変位に比例した信号を受け取るフォローアップモーターによって弱まる。