Gyrokompass

Driftsprinsipper

En form for gyroskop er et spinnhjul montert slik at retningen av sin spinnakse har universell rotasjonsfrihet. Spinn gjør at massen, eller treghet, egenskapene til materialet i hjulet som skal brukes kontinuerlig og dermed gir opphav til en relativt stor gyroskopisk momentum eller treghet i en moderat størrelse hjul. Den viktige egenskapen til et praktisk gyroskop er dets vinkelmoment-produktet av spinnet og dets treghet om spinnaksen. Denne mengden er en vektor, siden den har både retning og størrelse. Vinkelmomentvektoren kan beleilig representeres ved å krølle fingrene til høyre hånd i rotasjonssansen av spinnet, den utvidede tommelen på hånden peker deretter i retning av vinkelmomentvektoren. Vinkelmomentet er nesten parallelt med spinnaksen i et praktisk gyrokompass.

på samme måte er øyeblikket av en kraft (dreiemoment eller svingeffekt) rettet langs den utvidede tommelen på høyre hånd når fingrene på hånden krøller i betydningen av rotasjonen som kraften prøver å produsere. Følgende er den grunnleggende loven om gyroskop: når et dreiemoment påføres et gyroskop, vil det rotere (eller precess) for å forsøke å justere vinkelmomentet med dreiemomentet. Presesjonen er med hensyn til inertial plass-det vil si et referanserom som ikke er roterende i forhold til «faste stjerner».»Merk At Jorden ikke er en del av treghetsrom på grunn av sin daglige rotasjon. Størrelsen på presesjonen er direkte proporsjonal med størrelsen på dreiemomentet og omvendt proporsjonal med størrelsen på vinkelmomentet. Når ingen dreiemoment påføres, forblir spinnaksen ubevegelig i forhold til treghetsrom; hvis den er rettet mot en stjerne, forblir den rettet mot stjernen, og følgelig ser den ene enden av aksen ut Til En Jordobservatør i løpet av en dag å stige i øst og sette i vest. Når et påført dreiemoment forsøker å rotere et gyroskop om den vertikale aksen, vil spinnaksen stige eller dyppe når den forsøker å justere sin vinkelmoment med dreiemomentet. På samme måte vil et påført dreiemoment om en horisontal akse føre til at spinnaksen precesserer om den vertikale aksen.

et gyrokompass er et gyroskop som har en ramme med en masseubalanse som gir den en pendulositet i rette vinkler til spinnaksen. Ved normal drift vil spinnaksen være nesten horisontal og spiss nordover, mens pendelen er nedover. Tenk på et gyrokompass startet med sin spinnakse horisontal og peker noen grader øst for nord. Jordens rotasjon fører deretter til at rotasjonsaksen stiger over horisonten som sett av En Jordobservatør (mer nøyaktig, horisonten faller under rotasjonsaksen, som i utgangspunktet forblir ubevegelig i inertialrom). Denne handlingen gir et horisontalt dreiemoment rettet vestover på grunn av effekten av tyngdekraften på pendulositeten. Spinnaksen, som overholder gyroskopiens grunnlov, presiserer om vertikal mot meridianen, fortsetter å stige på Grunn Av Jordens rotasjon til meridianen er nådd. På dette punktet er det hengende dreiemomentet maksimalt og spinnaksen fortsetter å precessere gjennom meridianen. Når spinnaksen er vest for meridianen, forårsaker jordens rotasjon at spinnaksen settes, og dermed reduserer det hengende dreiemomentet. På samme avstand vest for nord som startretningen var øst for nord, er spinnaksen horisontal igjen, men på Grunn Av Jordens rotasjon fortsetter Å sette. Dette får rotasjonsaksen til å dyppe under horisonten og produserer et østover hengende dreiemoment, noe som får rotasjonsaksen til å precessere mot meridianen igjen og til slutt precessere forbi meridianen og tilbake til startretningen, hvor hele denne prosessen gjentas. Spinnaksen sporer dermed en ellipse om meridianen og horisontal. Flatheten til ellipsen og oscillasjonsperioden er avhengig av pendulositetens styrke.

for et gyrokompass å peke nord, er det nødvendig at svingningen dempes ut slik at enheten kan slå seg ned på meridianen og ikke fortsette å passere gjennom den. Demping av en oscillator innebærer å endre sin energitilstand ved å motsette kroppens hastighet. To prinsippmetoder for demping har blitt brukt. Den første, brukt i alle gyrokompasser unntatt Sperry, ble utviklet Av Schuler. Den består av å påføre et antipenduløst dreiemoment forårsaket av den begrensede strømmen av en viskøs væske som reagerer på helningen av det gyroskopiske elementet. Viskositet og strømningsretning gjennom innsnevringen kombineres slik at dreiemomentet påføres i riktig fase for demping. Dreiemomentet er horisontalt og er ideelt rettet for å presessere gyro mot meridianen til enhver tid: det peker vest når spinnaksen er øst for meridianen og øst når spinnaksen er vest for meridianen. Den kombinerte virkningen av hengende og dempende momenter endrer den tidligere nevnte elliptiske bevegelsen av det undampede regimet til en spiral i bevegelse mot meridianen. Viskøs friksjon absorberer energien som trekkes tilbake for å påvirke dempingen.

Den andre metoden for demping brukes I Sperry gyrocompass. Sperry compass støttes av en trådfjæring med et kraftdrevet oppfølgingssystem, kjent som en fantomring, som er en type servomekanisme. Demping innebærer å påføre det hengende dreiemomentet på en slik måte at samspillet med fantomringen og oppfølgingsmotoren gir et dreiemoment langs den vertikale aksen. Dette forsøker å redusere hellingen til det gyroskopiske elementet. Siden tilt og bevegelse i horisontalplanet er koblet sammen i et gyrokompass, tjener denne metoden også til å dempe spinnaksen mot meridianen. Energien for demping er innredet av motoren som driver phantom ring. Dette systemet har antipendulous handling, og demping oppnås ved å legge energi til systemet.

i sin steady state har et gyrokompass en svak oppadgående tilt på nordsiden av sin spinnakse på Den Nordlige Halvkule og en nedadgående tilt På Den Sørlige Halvkule. Dette gir dreiemomentet som kreves for å presessere gyrokompasset i forhold til inertialrom om den vertikale aksen med samme hastighet som meridianen roterer om den aksen på Grunn av Jordens rotasjon. Denne hastigheten er null Ved Ekvator og øker til full Jordhastighet ved polene. På grunn av denne likevekt tilt, demping metoden som brukes I Sperry gyrokompass fører til at spinnaksen å bosette seg litt øst for meridianen På Den Nordlige Halvkule og vest I Den Sørlige. Dette er en liten kjent vinkel som lett kompenseres for i overskriften indikasjon.

Ansch@tz og Arma kompass støttes av flotasjon. Det hengende dreiemomentet oppnås ved ganske enkelt å montere enheten med tyngdepunktet under svinget. Demping oppnås ved begrenset strøm av en viskøs væske i et rør. Det Brune kompasset støttes av en pulserende oljekolonne. Det hengende dreiemomentet oppnås ved oljestrømmen mellom to tanker. Lufttrykk generert av spinn av gyro hjulet tvinger oljen oppoverbakke for å gi det pendulositet, siden det er naturlig antipendulous, eller topp-tung. Det er dempet av begrenset strøm av en viskøs væske i et rør. Sperry kompasset støttes av en trådfjæring med en kraftdrevet phantom ring for å fjerne torsjon (vridning) fra ledningene. Rundt phantom ringen er en ramme kalt ballistisk. Det hengende dreiemomentet oppnås ved strømmen av kvikksølv mellom to tanker (mercury ballistisk). Siden denne handlingen er antipenduløs, er likevektsretningen til det gyroskopiske vinkelmomentet sør. Denne kombinasjonen av to potensielt ustabile komponenter gir et stabilt system. Den er dempet av oppfølgingsmotoren, som mottar et signal som er proporsjonalt med forskyvningen av fantomringen fra den hjulbærende gimbalen.