Gyrocompas

werkingsprincipes

een vorm van gyroscoop is een spinnewiel dat zodanig is gemonteerd dat de draairichting van de Spinas universele rotatievrijheid heeft. De spin maakt het mogelijk de massa-of traagheidseigenschappen van het materiaal in het wiel continu te gebruiken en geeft daardoor een relatief groot gyroscopisch momentum of traagheid in een wiel van gemiddelde grootte. De belangrijke eigenschap van een praktische gyroscoop is zijn impulsmoment—het product van zijn spin en zijn traagheid rond de Spinas. Deze grootheid is een vector, omdat hij zowel richting als magnitude heeft. De impulsmomentvector kan gemakkelijk worden weergegeven door de vingers van de rechterhand te krullen in de rotatiezin van de spin, waarbij de verlengde duim van de hand vervolgens in de richting van de impulsmomentvector wijst. Het impulsmoment is bijna evenwijdig aan de Spinas in een praktische gyrocompass.

op dezelfde manier wordt het moment van een kracht (koppel, of draaieffect) langs de verlengde duim van de rechterhand gericht wanneer de vingers van de hand krullen in de zin van de rotatie die de kracht probeert te produceren. Het volgende is de basiswet van gyroscopie: wanneer een koppel wordt toegepast op een gyroscoop, zal het draaien (of precess) om te proberen om zijn impulsmoment af te stemmen op het koppel. De precessie is met betrekking tot de traagheidsruimte—dat wil zeggen, een referentieruimte die niet draait ten opzichte van de “vaste sterren.”Merk op dat de aarde geen deel uitmaakt van de traagheidsruimte vanwege zijn dagelijkse rotatie. De magnitude van de precessie is recht evenredig met de magnitude van het koppel en omgekeerd evenredig met de magnitude van het impulsmoment. Wanneer er geen koppel wordt uitgeoefend, blijft de draaias bewegingloos ten opzichte van de traagheidsruimte; als het gericht is op een ster blijft het gericht op de ster, en bijgevolg lijkt een uiteinde van de as in de loop van een dag op te stijgen in het oosten en onder te gaan in het westen. Wanneer een toegepast koppel probeert een gyroscoop rond de verticale as te draaien, zal de spin-as stijgen of dalen als het probeert zijn impulsmoment af te stemmen op het koppel. Op dezelfde manier zal een toegepast koppel over een horizontale as ervoor zorgen dat de spin-as precess over de verticale as.

een gyrocompass is een gyroscoop met een frame met een massa onbalans waardoor het een slinger loodrecht op de spin-as. Bij normaal gebruik zal de Spinas bijna horizontaal en naar het noorden gericht zijn, terwijl de slinger naar beneden is. Overweeg een gyrocompass begon met zijn spin as horizontaal en wijzend een paar graden ten oosten van het noorden. De rotatie van de aarde zorgt er dan voor dat de spin-as boven de horizon uitstijgt, Zoals Gezien door een waarnemer van de aarde (nauwkeuriger gezegd, de horizon duikt onder de spin-as, die aanvankelijk bewegingsloos blijft in de traagheidsruimte). Deze actie produceert een horizontaal draaimoment naar het westen gericht als gevolg van het effect van de zwaartekracht op de slinger. De Spinas, die de basiswet van de gyroscopie volgt, precess rond de verticale richting van de meridiaan, blijft stijgen vanwege de rotatie van de aarde totdat de meridiaan is bereikt. Op dit punt is het draaimoment maximaal en blijft de Spinas precess door de meridiaan. Wanneer de Spinas ten westen van de rotatie van de meridiaan aarde is veroorzaakt de Spinas te stellen, waardoor de pendule koppel. Op dezelfde afstand ten westen van het noorden als de startrichting ten oosten van het noorden was, is de draaias weer horizontaal maar vanwege de rotatie van de aarde blijft instellen. Dit zorgt ervoor dat de Spinas onder de horizon zakt en een naar het oosten hangend koppel produceert, waardoor de Spinas opnieuw naar de meridiaan precess en uiteindelijk voorbij de meridiaan en terug naar zijn beginrichting, waar dit hele proces wordt herhaald. De Spinas trekt dus een ellips over de meridiaan en horizontaal. De vlakheid van de ellips en de periode van de trilling zijn afhankelijk van de sterkte van de slinger.

voor een gyrocompas naar het noorden moet de trilling worden gedempt, zodat de eenheid zich op de meridiaan kan vestigen en er niet doorheen kan blijven gaan. Het dempen van een oscillator impliceert het veranderen van zijn energietoestand door de snelheid van het lichaam tegen te werken. Er zijn twee hoofdmethoden voor demping gebruikt. De eerste, gebruikt in alle gyrocompassen behalve de Sperry, werd ontwikkeld door Schuler. Het bestaat uit het toepassen van een antipendulous koppel veroorzaakt door de beperkte stroom van een viskeuze vloeistof reageert op de kanteling van het gyroscopische element. Viscositeit en stroomrichting door de vernauwing worden gecombineerd zodat het koppel wordt toegepast in de juiste fase voor demping. Het koppel is horizontaal en idealiter zo gericht dat de gyro te allen tijde naar de meridiaan precess: het wijst naar het westen wanneer de Spinas ten oosten van de meridiaan is en naar het oosten wanneer de Spinas ten westen van de meridiaan is. De gecombineerde werking van hangend en dempend draaimomenten verandert de eerder genoemde elliptische beweging van het niet-gedempte regime in een spiraal-in beweging naar de meridiaan. Viskeuze wrijving absorbeert de energie die wordt onttrokken om de demping te bewerkstelligen.

de tweede dempingsmethode wordt gebruikt in de Sperry-gyrocompas. Het Sperry kompas wordt ondersteund door een draadophanging met een motoraangedreven follow-up systeem, bekend als een fantoomring, wat een soort servomechanisme is. Demping omvat het toepassen van de pendule koppel op een zodanige wijze dat de interactie met de fantoomring en follow-up motor produceert een koppel langs de verticale as. Dit probeert de helling van het gyroscopische element te verminderen. Aangezien kanteling en beweging in het horizontale vlak in een gyrocompass aan elkaar gekoppeld zijn, dient deze methode ook om de Spinas naar de meridiaan te dempen. De energie voor demping wordt geleverd door de motor die de fantoomring bedient. Dit systeem heeft antipendulous actie, en demping wordt verkregen door energie toe te voegen aan het systeem.

in stationaire toestand heeft een gyrocompas een lichte opwaartse kanteling aan de noordzijde van zijn Spinas op het noordelijk halfrond en een neerwaartse kanteling op het zuidelijk halfrond. Dit produceert het koppel dat nodig is om de gyrocompass ten opzichte van de traagheidsruimte om de verticale as Te precessen met dezelfde snelheid als de meridiaan om die as draait vanwege de rotatie van de aarde. Deze snelheid is nul op de evenaar en neemt toe tot volle aarde snelheid op de Polen. Door deze evenwichtskanteling zorgt de dempingsmethode die in de Sperry-gyrocompas wordt gebruikt ervoor dat de Spinas iets ten oosten van de meridiaan op het noordelijk halfrond en ten westen van de meridiaan in het zuidelijk halfrond bezinkt. Dit is een kleine bekende hoek die gemakkelijk wordt gecompenseerd in de rubriek indicatie.

de Anschütz-en Armakompassen worden ondersteund door flotatie. Het pendelkoppel wordt verkregen door de unit eenvoudig met het zwaartepunt Onder het draaipunt te monteren. Demping wordt verkregen door beperkte stroom van een viskeuze vloeistof in een buis. Het bruine kompas wordt ondersteund door een pulserende oliekolom. Het pendelkoppel wordt verkregen door de oliestroom tussen twee tanks. Luchtdruk gegenereerd door de spin van het gyrowiel dwingt de olie bergop om het slinger te geven, omdat het van nature antipendulous is, of topzwaar. Het wordt gedempt door beperkte stroom van een viskeuze vloeistof in een buis. Het Sperry kompas wordt ondersteund door een draadophanging met een elektrisch aangedreven fantoomring om torsie (draaien) van de draden te verwijderen. Rond de fantoomring is een frame genaamd de ballistische. Het pendelkoppel wordt verkregen door de kwikstroom tussen twee tanks (het ballistische kwik). Aangezien deze actie antipenduleus is, ligt de evenwichtsrichting van het gyroscopische impulsmoment ten zuiden. Deze combinatie van twee potentieel onstabiele componenten zorgt voor een stabiel systeem. Het wordt gedempt door de vervolgmotor, die een signaal ontvangt dat evenredig is met de verplaatsing van de fantoomring van de wielondersteunende gimbal.