液浮積分陀螺儀可以作為飛行器制導系�(tǒng)的測量元�,也作為主要的制導和導航方面�控制儀�被應(yīng)用于軍事和商�(yè)等各類控制系�(tǒng)中�
早在18世紀,歐�、拉格朗日等許多學者都對高速旋�(zhuǎn)剛體作了詳細的研究,并指出這種旋轉(zhuǎn)的剛體具有進動性和定軸�。尤為突出的�,俄國數(shù)學家和物理學家歐拉發(fā)表的《剛體繞定點運動理論》這一名著,導出了剛體繞定點轉(zhuǎn)動的動力學方�,為陀螺儀理論奠定了基�(chǔ)�1852年,法國物理學家Foucault利用高速旋�(zhuǎn)剛體的方向穩(wěn)定�,設(shè)計并制成了一種裝�,將其取名為“陀螺儀�。這是探索陀螺儀走向�(yīng)用的開端�19世紀海難事故的頻繁發(fā)�,促進了陀螺儀在航海中的應(yīng)用�1909年美國制成了陀螺羅�(jīng)用于艦船的導��1932年德國科學家舒勒提出了舒勒原�,使陀螺羅�(jīng)的精度得到很大提高�50年代以后,出�(xiàn)了電控羅�(jīng),并在此基礎(chǔ)上發(fā)展成為平臺羅�(jīng)。陀螺儀在航空上的應(yīng)用比航海稍晚�。從20世紀20年代�30年代,在飛機上相繼使用了陀螺轉(zhuǎn)彎儀、陀螺地平儀和方向儀作為指示儀��30年代中期開始使用陀螺儀表作為敏感元件。從40年代�50�,航空陀螺儀表向組合式發(fā)�,相繼出�(xiàn)了陀螺磁羅盤、全姿態(tài)組合陀螺儀和陀螺穩(wěn)定平�。從20世紀50年代末至60年代,以液浮陀螺儀�(gòu)成的平臺使慣導系�(tǒng)得到長足�(fā)�,并大量裝備各種飛機、艦�、導彈和航天飛行器�20世紀70年代以來,陀螺電機采用以動壓氣浮軸承、浮子采用高比重液體懸浮、輸出軸采用磁懸浮定位的“三浮”陀螺儀得到長足�(fā)展。國�(nèi)�20世紀60年代初開始液浮陀螺儀的研�,并�80年代初使�。目前,我國研制的陀螺儀,其隨機漂移率已�0.001°/h�
高速旋�(zhuǎn)的物體的旋轉(zhuǎn)軸,對于改變其方向的外力作用有趨向于垂直方向的傾�。而且,旋�(zhuǎn)物體在橫向傾斜時,重力會向增加傾斜的方向作用,而軸則向垂直方向運動,就�(chǎn)生了搖頭的運動(歲差運動�。當陀螺經(jīng)緯儀的陀螺旋�(zhuǎn)軸以水平軸旋�(zhuǎn)�,由于地球的旋轉(zhuǎn)而受到鉛直方向旋�(zhuǎn)�,陀螺的旋轉(zhuǎn)體向水平面內(nèi)的子午線方向�(chǎn)生歲差運動。當軸平行于子午線而靜止時可加以應(yīng)��
陀螺儀基本上就是運用物體高速旋�(zhuǎn)�,角動量很大,旋�(zhuǎn)軸會一直穩(wěn)定指向一個方向的性質(zhì),所制造出來的定向儀�。不過它必需�(zhuǎn)得夠�,或者慣量夠�(也可以說是角動量要夠�)。不�,只要一個很小的力矩,就會嚴重影響到它的�(wěn)定��
用四個質(zhì)點ABCD來表示邊上的區(qū)�,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�(zhuǎn)。當一個傾斜力作用在頂部的軸上的時�,質(zhì)點A向上運動,質(zhì)點C則向下運�,因為陀螺儀是順時針旋轉(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)90度角之后,質(zhì)點A將會到達�(zhì)點B的位置。CD兩個質(zhì)點的情況也是一樣的。子�2中質(zhì)點A當處于如圖的90度位置的時候會繼續(xù)向上運動,質(zhì)點C也繼�(xù)向下。AC�(zhì)點的組合將導致軸在子�2所示的運動平面�(nèi)運動。一個陀螺儀的軸在一個合適的角度上旋�(zhuǎn),在這種情況�,如果陀螺儀逆時針旋�(zhuǎn),軸將會在運動平面上向左運動。如果在順時針的情況中,傾斜力是一個推力而不是拉力的�,運動將會向左發(fā)�。在子圖3中,當陀螺儀旋轉(zhuǎn)了另一�90度的時�,質(zhì)點C在質(zhì)點A受力之前的位�。C�(zhì)點的向下運動受到了傾斜力的阻礙并且軸不能在傾斜力平面上運�。傾斜力推軸的力量越�,當邊緣旋轉(zhuǎn)大約180度時,另一�(cè)的邊緣推動軸向回運動�
陀螺電機是陀螺儀核心部件,其性能決定了陀螺儀的精�。電機轉(zhuǎn)動功能是衡量電機的主要指標,陀螺儀電機�(zhuǎn)速自檢頻率即為判斷速率陀螺儀的重要技�(shù)指標。其在生�(chǎn)過程�、發(fā)射場和航天器飛行過程�,都要對此項指標進行測試,以判定電機�(zhuǎn)速的�(wěn)定性和確認速率陀螺儀功能的正常��
隨著我國導彈、航�、航海以及宇航等技�(shù)的發(fā)展,陀螺儀—這個各種運動體上的核心姿態(tài)基準敏感元件也從無到有的�(fā)展起��
單自由度液浮積分陀螺儀在美、蘇、英、法等技�(shù)先進國家均作為主要的制導和導航方面的控制儀表被�(yīng)用于軍事和商�(yè)等各類控制系�(tǒng)中,如美國的阿波羅登月飛�,人馬星�,北極星、三叉戟導彈�(zhàn)略核潛艇;航天系�(tǒng);航空民用客機波�707�747;英法的A一300C等先進產(chǎn)品上�
我國單自由度液浮積分陀螺儀在航海領(lǐng)域中得到比較全面的發(fā)展,初步完成了代單自由度液浮積分陀螺儀的研�,�(shè)�、試驗和�(chǎn)品的使用等工作,隨機漂移的精度指�(一a)達到� ~
,初步達到了慣性級指標的要�。其代單自由度積分陀螺儀是指陀螺儀的基本用材為LY17硬鋁合金,支承系�(tǒng)為氟氯油和球形小軸紅寶石眼定中心,陀螺馬達為主軸空氣動壓氣體支承的磁滯同步電機為基本組成的方案系�(tǒng)。這種方案基本適合了我國過去和當前的設(shè)計水平以及工藝、材料的�(fā)展水平:今后將開始向第二代單自由度液浮積分陀螺儀的方向發(fā)�,它的初步模式是陀螺儀的基本甩材為�(B�)材;支承系統(tǒng)為氟澳油和磁懸浮定中�;陀螺馬達將采用動量矩H�(diào)制等技�(shù)。按我國當前的技�(shù)�(fā)展水平拿出可供產(chǎn)品使用的元件,大約需要若干年的時�。因此有必要在研究第二代陀螺儀的同�,將代陀螺儀使之�(chǎn)品化和標準化�