陀螺儀原理
〖論述解釋〗陀螺儀,是一個(gè)圓形的中軸的結(jié)合體。而事實(shí)上,靜止與運(yùn)動(dòng)的陀螺儀本身并無(wú)區(qū)別,如果靜止的陀螺儀本身絕對(duì)平衡的話(huà),拋除外在因素陀螺儀是可以不依靠旋轉(zhuǎn)便能立定的。
而如果陀螺儀本身尺寸不平衡的話(huà),在靜止下就會(huì)造成陀螺儀模型傾斜跌倒,因此不均衡的陀螺儀必然依靠旋轉(zhuǎn)來(lái)維持平衡。
陀螺儀本身與引力有關(guān),因?yàn)橐Φ挠绊?,不均衡的陀螺儀,重的一端將向下運(yùn)行,而輕的一端向上。
在引力場(chǎng)中,重物下降的速度是需要時(shí)間的,物體墜落的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于陀螺儀本身旋轉(zhuǎn)的速度時(shí),將導(dǎo)致陀螺儀偏重點(diǎn),在旋轉(zhuǎn)中不斷的改變陀螺儀自身的平衡,并形成一個(gè)向上旋轉(zhuǎn)的速度方向。 當(dāng)然,如果陀螺儀偏重點(diǎn)太大,陀螺儀自身的左右互作用力也將失效!。
而在旋轉(zhuǎn)中,陀螺儀如果遇到外力導(dǎo)致,陀螺儀轉(zhuǎn)輪某點(diǎn)受力。陀螺儀會(huì)立刻傾斜,而陀螺儀受力點(diǎn)的勢(shì)能如果低于陀螺儀旋轉(zhuǎn)時(shí)速,這時(shí)受力點(diǎn),會(huì)因?yàn)橥勇輧x傾斜,在旋轉(zhuǎn)的推動(dòng)下,陀螺儀受力點(diǎn)將從斜下角,滑向斜上角。而在向斜上角運(yùn)行時(shí),陀螺儀受力點(diǎn)的勢(shì)能還在向下運(yùn)行。這就導(dǎo)致陀螺儀到達(dá)斜上角時(shí),受力點(diǎn)的剩余勢(shì)能將會(huì)將在位于斜上角時(shí),勢(shì)能向下推動(dòng)。
而與受力點(diǎn)相反的直徑另一端,同樣具備了相應(yīng)的勢(shì)能,這個(gè)勢(shì)能與受力點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向相反,受力點(diǎn)向下,而它向上,且管這個(gè)點(diǎn)叫“聯(lián)動(dòng)受力點(diǎn)”。
當(dāng)聯(lián)動(dòng)受力點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180度,從斜上角到達(dá)斜下角,這時(shí)聯(lián)動(dòng)受力點(diǎn),將陀螺儀向上拉動(dòng)。
在受力點(diǎn)與聯(lián)動(dòng)受力互作用力下,陀螺儀回歸平衡。
〖專(zhuān)業(yè)解釋〗我們不用一個(gè)完整的輪框,我們用四個(gè)質(zhì)點(diǎn)ABCD來(lái)表示邊上的區(qū)域,這個(gè)邊對(duì)于用圖來(lái)解釋陀螺儀的工作原理是很重要的。軸的底部被托住靜止但是能夠各個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一個(gè)傾斜力作用在頂部的軸上的時(shí)候,質(zhì)點(diǎn)A向上運(yùn)動(dòng),質(zhì)點(diǎn)C則向下運(yùn)動(dòng),如其中的子圖1。因?yàn)橥勇輧x是順時(shí)針旋轉(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)90度角之后,質(zhì)點(diǎn)A將會(huì)到達(dá)質(zhì)點(diǎn)B的位置。CD兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的情況也是一樣的。子圖2中質(zhì)點(diǎn)A當(dāng)處于如圖的90度位置的時(shí)候會(huì)繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng),質(zhì)點(diǎn)C也繼續(xù)向下。AC質(zhì)點(diǎn)的組合將導(dǎo)致軸在子圖2所示的運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)陀螺儀的軸在一個(gè)合適的角度上旋轉(zhuǎn),在這種情況下,如果陀螺儀逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),軸將會(huì)在運(yùn)動(dòng)平面上向左運(yùn)動(dòng)。如果在順時(shí)針的情況中,傾斜力是一個(gè)推力而不是拉力的話(huà),運(yùn)動(dòng)將會(huì)向左發(fā)生。在子圖3中,當(dāng)陀螺儀旋轉(zhuǎn)了另一個(gè)90度的時(shí)候,質(zhì)點(diǎn)C在質(zhì)點(diǎn)A受力之前的位置。C質(zhì)點(diǎn)的向下運(yùn)動(dòng)受到了傾斜力的阻礙并且軸不能在傾斜力平面上運(yùn)動(dòng)。傾斜力推軸的力量越大,當(dāng)邊緣旋轉(zhuǎn)大約180度時(shí),另一側(cè)的邊緣推動(dòng)軸向回運(yùn)動(dòng)。 萬(wàn)向節(jié)陀螺儀
陀螺儀原理
實(shí)際上,軸在這個(gè)情況下將會(huì)在傾斜力的平面上旋轉(zhuǎn)。軸之所以會(huì)旋轉(zhuǎn)是因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)AC在向上和向下運(yùn)動(dòng)的一些能量用盡導(dǎo)致軸在運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)AC最后旋轉(zhuǎn)到大致上相反的位置上時(shí),傾斜力比向上和向下的阻礙運(yùn)動(dòng)的力要大。陀螺儀運(yùn)動(dòng)的特性是它拐彎的時(shí)候能夠保持單軌設(shè)備的直上直下。比如說(shuō),有必要的話(huà),消防汽缸壓在一個(gè)很重的陀螺儀的軸上,就能保持其穩(wěn)定。陀螺儀和萬(wàn)向節(jié)結(jié)合起來(lái)組成的萬(wàn)向節(jié)陀螺儀則是實(shí)際中最經(jīng)常應(yīng)用的。各模上的陀螺儀
從上面我們可以看到,陀螺儀的關(guān)鍵是軸的不變性。這樣的特性,看起來(lái)雖然簡(jiǎn)單,但能使用在許多不同的應(yīng)用上。制導(dǎo)武器就是陀螺儀的最關(guān)鍵應(yīng)用之一。在慣性制導(dǎo)中,陀螺儀是控制武器飛行姿態(tài)的重要部件,在劇烈變化的環(huán)境中,沒(méi)有精心設(shè)計(jì)的陀螺儀用來(lái)保證穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,再好的控制規(guī)律也無(wú)法命中目標(biāo)。除了制導(dǎo)之外,陀螺儀還能夠應(yīng)用在其他的尖端的科技上。比如說(shuō),著名的哈勃天文望遠(yuǎn)鏡的3個(gè)遙感裝置中每個(gè)都裝有一個(gè)陀螺儀和一個(gè)備份。3個(gè)工作的陀螺儀是保證望遠(yuǎn)鏡指向所必不可少的。 陀螺儀正是因?yàn)樗钠胶獾奶匦裕呀?jīng)成為了飛行設(shè)備中關(guān)鍵的部件,從航模、制導(dǎo)武器、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、天文望遠(yuǎn)鏡,無(wú)處沒(méi)有它的身影,陀螺儀默默的工作保證了這些飛行設(shè)備能按照指定的方式去工作。