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發(fā)布時間:2024-10-31
陀螺儀器較早是用于航海導(dǎo)航,但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,它在航空和航天事業(yè)中也得到普遍的應(yīng)用。陀螺儀器不只可以作為指示儀表,而更重要的是它可以作為自動控制系統(tǒng)中的一個敏感元件,即可作為信號傳感器。根據(jù)需要,陀螺儀器能提供準(zhǔn)確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號,以便駕駛員或用自動導(dǎo)航儀來控制飛機(jī)、艦船或航天飛機(jī)等航行體按一定的航線飛行,而在導(dǎo)彈、衛(wèi)星運載器或空間探測火箭等航行體的制導(dǎo)中,則直接利用這些信號完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制。作為穩(wěn)定器,陀螺儀器能使列車在單軌上行駛,能減小船舶在風(fēng)浪中的搖擺,能使安裝在飛機(jī)或衛(wèi)星上的照相機(jī)相對地面穩(wěn)定等等。作為精密測試儀器,陀螺儀器能夠為地面設(shè)施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導(dǎo)彈發(fā)射井等提供準(zhǔn)確的方位基準(zhǔn)。由此可見,陀螺儀器的應(yīng)用范圍是相當(dāng)普遍的,它在現(xiàn)代化的國家防護(hù)建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中均占重要的地位。機(jī)械陀螺儀通過物體的旋轉(zhuǎn)來測量角速度,而光學(xué)陀螺儀則利用光的干涉原理來測量。高動態(tài)慣導(dǎo)批發(fā)
1950s,美國查爾斯·史塔克·德雷伯實驗室,采用液浮支撐技術(shù),研制出液浮陀螺儀,使陀螺儀的精度達(dá)到了慣性級要求。1960s,美國羅伯特·克雷格,研制出動力調(diào)諧陀螺儀,在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和特種飛機(jī)等平臺成功應(yīng)用1963,美國研制出激光陀螺儀,隨后將其應(yīng)用到飛機(jī)與戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈1964,美國研制出靜電陀螺儀,并于1979年將其應(yīng)用于“三叉戟”彈道導(dǎo)彈核潛艇,使得潛艇導(dǎo)航能力實現(xiàn)質(zhì)的飛躍1990s,以微機(jī)電陀螺儀(MEMS)、半球諧振陀螺儀(RG)為表示的振動陀螺儀,以及以核磁共振陀螺儀(NMRG)、原子干涉陀螺儀(AIG)為表示的原子陀螺儀快速發(fā)展。高動態(tài)慣導(dǎo)批發(fā)陀螺儀通過實時監(jiān)測角速度和方向變化,為航空航天等領(lǐng)域提供了關(guān)鍵的導(dǎo)航和控制支持。
1850年法國物理學(xué)家萊昂·傅科(J.Foucault)為了研究地球自轉(zhuǎn),首先發(fā)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動中地的轉(zhuǎn)子(rotor),由于具有慣性,它的旋轉(zhuǎn)軸永遠(yuǎn)指向一固定方向,他用希臘字 gyro(旋轉(zhuǎn))和skopein(看)兩字合為gyro scopei 一字來命名這種儀表。陀螺儀是一種既古老而又很有生命力的儀器,從頭一臺真正實用的陀螺儀器問世以來已有大半個世紀(jì),但直到現(xiàn)在,陀螺儀仍在吸引著人們對它進(jìn)行研究,這是由于它本身具有的特性所決定的。陀螺儀較主要的基本特性是它的穩(wěn)定性和進(jìn)動性。
陀螺儀在現(xiàn)代科技中扮演著不可或缺的角色。從導(dǎo)航定位到穩(wěn)定控制,從虛擬現(xiàn)實到科學(xué)研究,陀螺儀的應(yīng)用范圍普遍且重要。隨著科技的不斷發(fā)展,陀螺儀的性能和應(yīng)用也將得到進(jìn)一步提升和拓展。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)就是陀螺儀的一種應(yīng)用。例如,哈勃望遠(yuǎn)鏡,或用在水下潛艇的鋼制船體內(nèi)。由于陀螺儀所具有的精度,其也被用于維護(hù)隧道采礦方向的回轉(zhuǎn)經(jīng)緯儀。[4] 陀螺儀還可用于制作陀螺羅盤,用以補(bǔ)充或替代普通載具、船舶、飛機(jī)或空間飛船中使用的磁羅盤,或者輔助自行車、摩托車和船舶的穩(wěn)定性,同時也可以用作慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的一部分。微機(jī)電陀螺儀在智能手機(jī)等電子消費品中很受歡迎。陀螺儀可以用于火箭和導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng),提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航和定位功能。
更確切地說,一個繞對稱軸高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子叫陀螺。將陀螺安裝在框架裝置上,使陀螺的自轉(zhuǎn)軸有角轉(zhuǎn)動的自由度,這種裝置的總體叫做陀螺儀。根據(jù)二自由度陀螺儀中所使用的反作用力矩的性質(zhì),可以把這種陀螺儀分成三種類型:速率陀螺儀(它使用的反作力矩是彈性力矩);積分陀螺儀(它使用的反作用力矩是阻尼力矩);無約束陀螺(它只有慣性反作用力矩);除了機(jī)、電框架式陀螺儀以外,還出現(xiàn)了某些新型陀螺儀,如靜電式自由轉(zhuǎn)子陀螺儀,撓性陀螺儀,激光陀螺儀等。陀螺儀在空間站、衛(wèi)星等航天器中,為姿態(tài)控制和軌道測量提供關(guān)鍵支持。高動態(tài)慣導(dǎo)批發(fā)
陀螺儀可以用于地理測量和地圖制作,提供準(zhǔn)確的地理信息。高動態(tài)慣導(dǎo)批發(fā)
陀螺儀的分類:按照轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的自由度分成:雙自由度陀螺儀(也稱三自由度陀螺儀)和單自由度陀螺儀(也稱二自由度陀螺儀)。前者用于測定飛行器的姿態(tài)角,后者用于測定姿態(tài)角速度,因此常稱單自由度陀螺儀為。浮子陀螺由于利用浮力支承,摩擦力矩減小,陀螺儀的精度較高,但因不能定位仍有摩擦存在。為彌補(bǔ)這一不足,通常在液浮的基礎(chǔ)上增加磁懸浮,即由浮液承擔(dān)浮子組件的重量,而用磁場形成的推力使浮子組件懸浮在中心位置,F(xiàn)代高精度的單自由度液浮陀螺常是液浮、磁浮和動壓氣浮并用的三浮陀螺儀。這種陀螺儀比滾珠軸承陀螺儀的精度高,漂移率為0.01度/時。但液浮陀螺儀要求較高的加工精度、嚴(yán)格的裝配、精確的溫控,因而成本較高。高動態(tài)慣導(dǎo)批發(fā)