Некоторые сведения о гироскопе

В авиационных приборах гироскопом называют ротор (махо­вик), быстро вращающийся вокруг оси симметрии и имеющий бо­лее одной степени свободы.

Степенью свободы называется способность гироскопа вращать­ся или поворачиваться вокруг какой-либо оси. Число степеней сво­боды зависит от типа подвеса, в который помещен гироскоп.

Одностепенный гироскоп имеет одну степень свободы—враще­ние вокруг главной оси (оси симметрии ротора). Двухстепенный и трехстепенный гироскопы кроме вращения вокруг главной оси имеют возможность поворачиваться соответственно вокруг одной или двух взаимноперпендикулярных дополнительных осей.

Ротор двухстепенного гироскопа (см. рис. 60), кроме вращения вокруг главной оси - «х—х», имеет возможность поворачиваться вместе с рамой подвеса, относительно корпуса прибора, в котором установлен гироскоп, вокруг горизонтальной оси «у—у».

Если поворачивать корпус прибора вокруг вертикальной оси «z—z», то появится так называемый гироскопический момент, под действием которого быстровращающийся ротор гироскопа вместе с рамой повернется вокруг оси «у—у». Это свойство двухстепен­ного гироскопа используется для создания прибора—указателя поворота.

Свобода вращения трехстепенного гироскопа (см. рис. 61) обеспечивается карданным подвесом, который состоит из двух взаимноперпендикулярных рамок.

Ротор гироскопа, расположенный во внутренней рамке, может помимо вращения вокруг главной оси «х—х» поворачиваться вме­сте с рамками вокруг осей «у—у» и «z—z» относительно корпуса прибора.

Если к главной оси быстровращающегося гироскопа прило­жить силу F₁, стремящуюся повернуть его вместе с внутренней рамкой вокруг оси «у—у», то в движение придет внешняя рамка, которая будет поворачивать главную ось гироскопа вокруг оси «z—z», т. е. в направлении, перпендикулярном действию прило­женной силы.

Точно так же будет вести себя гироскоп, если приложить силу, стремящуюся повернуть главную ось гироскопа вместе с внешней рамкой вокруг оси «z—z». В этом случае движение оси гироскопа (вместе с внутренней рамкой) будет происходить вокруг оси «у—у».

Свойство трехстепенного гироскопа совершать движение в на­правлении, перпендикулярном действию приложенной силы, назы­вается прецессией.

Угловая скорость прецессии определяется не временем дей­ствия силы, а ее величиной. По прекращении действия силы пре­цессия прекращается мгновенно.

Если на гироскоп не действуют никакие внешние силы, то угло­вая скорость прецессии будет равна нулю и такой гироскоп сохра­нит неизменным положение своей главной оси в пространстве. Как бы ни поворачивался кopnyc прибора, где установлен трехстепен­ный гироскоп, рамки карданного подвеса будут обкатываться вокруг ротора, направление оси которого сохраняется преж­ним.

Гироскоп, на который не действуют никакие внешние силы, на­зывается свободным. Свойство свободного гироскопа сохранять направление своей главной оси неизменным в пространстве, наря­ду с безинерционностью движения гироскопа, а также нечувстви­тельность его к кратковременным ударным нагрузкам определяют широкое использование трехстепенного, гироскопа в таких прибо­рах, как авиагоризонты, гирополукомпасы и др.

Следует однако отметить, что применяемый в авиаприборах ги­роскоп в результате наличия некоторой несбалансированности и под действием сил трения все время прецессирует — «уходит» с за­данного положения, хотя и с очень небольшой угловой скоростью. Кроме того, по отношению к земле, вследствие ее суточного вра­щения, такой гироскоп будет менять свое положение, совершая так называемое кажущееся движение. Поэтому в указанных авиа­приборах для компенсации «ухода» гироскопа применяются спе­циальные коррекции.

Основные свойства гироскопа.

Для облегчения изучения свойств ги­роскопа принято понятие «свободный гироскоп» т.е. гироскоп, на который не действуют никакие внешние силы. Поэтому главная ось гироскопа остается неподвижной в пространстве. К сожалению, прак­тически получить свободный гироскоп невозможно. Наряду с поняти­ем «свободный гироскоп» в технике существует понятие «техничес­кий гироскоп», у которого хотя бы в незначительной степени появ­ляются несбалансированность ротора гироскопа и трение в осях карданового подвеса.

Свободный (идеальный) гироскоп обладает следующими основны­ми свойствами:

а) если на гироскоп не действует внешняя сила, то главная ось гироскопа сохраняет неизменным свое направление в мировом пространстве;

б) если к главной оси гироскопа приложить внеш­нюю силу, то он отклоняется не в том направлении, в котором дей­ствует сила, а в направлении, перпендикулярном действию силы: это движение главной оси гироскопа называется прецессией;

в) быстро вра­щающийся ротор гироскопа не реагирует на кратковременно приложен­ную внешнюю силу и удары.

Технический гироскоп обладает теми же основными свойствами, что и свободный гироскоп. Различие заключается лишь в том, что для технического гироскопа первое основное свойство формулирует­ся несколько иначе, а именно: главная ось технического гироскопа стремится сохранить неизменным свое направление в мировом прост­ранстве.

Второе и третье свойства в одинаковой степени принадлежат как свободному, так и техническому гироскопу. Перечисленные свойства гироскопа положены в основу конструкции таких приборов, как указатель поворота, авиагоризонт, гиромагнитный компас, ав­топилот и другие приборы.

В эксплуатации, во избежание поврежде­ния гироскопов, все гироскопические приборы должны быть при ру­лении включены и разарретированы. Сокращать время готовности при­бора к работе перед взлетом запрещается.