如果你對現(xiàn)代戰(zhàn)爭有一點(diǎn)了解,就一定對制導(dǎo)武器尤其是制導(dǎo)導(dǎo)彈有深刻的印象。而制導(dǎo)技術(shù)中的一個關(guān)鍵設(shè)備就是陀螺儀,陀螺儀是在動態(tài)中保持相對跟蹤狀態(tài)的裝置,由于其原理的復(fù)雜性,我們借助于圖來看看陀螺儀的原理。
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如果你對現(xiàn)代戰(zhàn)爭有一點(diǎn)了解,就一定對制導(dǎo)武器尤其是制導(dǎo)導(dǎo)彈有深刻的印象。而制導(dǎo)技術(shù)中的一個關(guān)鍵設(shè)備就是陀螺儀,陀螺儀是在動態(tài)中保持相對跟蹤狀態(tài)的裝置,由于其原理的復(fù)雜性,我們借助于圖來看看陀螺儀的原理。2 f2 E; o( \* [# D* i$ _( {! _
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我們不用一個完整的輪框,我們用四個質(zhì)點(diǎn)ABCD來表示邊上的區(qū)域,這個邊對于用圖來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方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一個傾斜力作用在頂部的軸上的時候,質(zhì)點(diǎn)A向上運(yùn)動,質(zhì)點(diǎn)C則向下運(yùn)動,如其中的子圖1。因?yàn)橥勇輧x是順時針旋轉(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)90度角之后,質(zhì)點(diǎn)A將會到達(dá)質(zhì)點(diǎn)B的位置。CD兩個質(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度位置的時候會繼續(xù)向上運(yùn)動,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)動平面內(nèi)運(yùn)動。一個陀螺儀的軸在一個合適的角度上旋轉(zhuǎn),在這種情況下,如果陀螺儀逆時針旋轉(zhuǎn),軸將會在運(yùn)動平面上向左運(yùn)動。如果在順時針的情況中,傾斜力是一個推力而不是拉力的話,運(yùn)動將會向左發(fā)生。在子圖3中,當(dāng)陀螺儀旋轉(zhuǎn)了另一個90度的時候,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)動現(xiàn)在受到了傾斜力的阻礙并且軸不能在傾斜力平面上運(yùn)動。傾斜力推軸的力量越大,當(dāng)邊緣旋轉(zhuǎn)大約180度時,另一側(cè)的邊緣推動軸向回運(yùn)動。
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- `, v/ K1 b# w5 y8 U# M& N萬向節(jié)陀螺儀, V5 n2 h0 s1 r1 X
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- n/ h& E7 {5 \ 實(shí)際上,軸在這個情況下將會在傾斜力的平面上旋轉(zhuǎn)。軸之所以會旋轉(zhuǎn)是因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)AC在向上和向下運(yùn)動的一些能量用盡導(dǎo)致軸在運(yùn)動平面內(nèi)運(yùn)動。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)AC最后旋轉(zhuǎn)到大致上相反的位置上時,傾斜力比向上和向下的阻礙運(yùn)動的力要大。' {8 t+ g" {. L
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陀螺儀運(yùn)動的特性是它拐彎的時候能夠保持單軌設(shè)備的直上直下。比如說,有必要的話,消防汽缸壓在一個很重的陀螺儀的軸上,就能保持其穩(wěn)定。陀螺儀和萬向節(jié)結(jié)合起來組成的萬向節(jié)陀螺儀則是實(shí)際中最經(jīng)常應(yīng)用的。4 v: ` g7 g9 U6 o4 I3 M
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4 R. t$ C. w, T9 z 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,看起來雖然簡單,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,沒有精心設(shè)計的陀螺儀用來保證穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,再好的控制規(guī)律也無法命中目標(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,著名的哈勃天文望遠(yuǎn)鏡的3個遙感裝置中每個都裝有一個陀螺儀和一個備份。3個工作的陀螺儀是保證望遠(yuǎn)鏡指向所必不可少的。( J5 L( Y) L0 U3 W6 ^9 w' U2 }
* O4 R2 V; g9 R) A* M9 o) q/ d 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,無處沒有它的身影,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。5 p5 z2 r& |" Y K" x" n
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: O! g3 H8 l' ^. [/ N 我們不用一個完整的輪框,我們用四個質(zhì)點(diǎn)ABCD來表示邊上的區(qū)域,這個邊對于用圖來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方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一個傾斜力作用在頂部的軸上的時候,質(zhì)點(diǎn)A向上運(yùn)動,質(zhì)點(diǎn)C則向下運(yùn)動,如其中的子圖1。因?yàn)橥勇輧x是順時針旋轉(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)90度角之后,質(zhì)點(diǎn)A將會到達(dá)質(zhì)點(diǎn)B的位置。CD兩個質(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度位置的時候會繼續(xù)向上運(yùn)動,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)動平面內(nèi)運(yùn)動。一個陀螺儀的軸在一個合適的角度上旋轉(zhuǎn),在這種情況下,如果陀螺儀逆時針旋轉(zhuǎn),軸將會在運(yùn)動平面上向左運(yùn)動。如果在順時針的情況中,傾斜力是一個推力而不是拉力的話,運(yùn)動將會向左發(fā)生。在子圖3中,當(dāng)陀螺儀旋轉(zhuǎn)了另一個90度的時候,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)動現(xiàn)在受到了傾斜力的阻礙并且軸不能在傾斜力平面上運(yùn)動。傾斜力推軸的力量越大,當(dāng)邊緣旋轉(zhuǎn)大約180度時,另一側(cè)的邊緣推動軸向回運(yùn)動。& \" P a$ f( }3 v0 O
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實(shí)際上,軸在這個情況下將會在傾斜力的平面上旋轉(zhuǎn)。軸之所以會旋轉(zhuǎn)是因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)AC在向上和向下運(yùn)動的一些能量用盡導(dǎo)致軸在運(yùn)動平面內(nèi)運(yùn)動。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)AC最后旋轉(zhuǎn)到大致上相反的位置上時,傾斜力比向上和向下的阻礙運(yùn)動的力要大。+ g1 n7 |5 K, }, `9 L% {! M+ \1 Y5 I) Y
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陀螺儀運(yùn)動的特性是它拐彎的時候能夠保持單軌設(shè)備的直上直下。比如說,有必要的話,消防汽缸壓在一個很重的陀螺儀的軸上,就能保持其穩(wěn)定。陀螺儀和萬向節(jié)結(jié)合起來組成的萬向節(jié)陀螺儀則是實(shí)際中最經(jīng)常應(yīng)用的。
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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,看起來雖然簡單,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,沒有精心設(shè)計的陀螺儀用來保證穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,再好的控制規(guī)律也無法命中目標(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,著名的哈勃天文望遠(yuǎn)鏡的3個遙感裝置中每個都裝有一個陀螺儀和一個備份。3個工作的陀螺儀是保證望遠(yuǎn)鏡指向所必不可少的。
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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,無處沒有它的身影,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。 |