繞一�(gè)支點(diǎn)高速轉(zhuǎn)�(dòng)的剛體稱(chēng)為陀�(top)。通常所�(shuō)的陀螺是特指�(duì)�(chēng)陀�,它是一�(gè)�(zhì)量均勻分布的、具有軸�(duì)�(chēng)形狀的剛體,其幾何對(duì)�(chēng)軸就是它的自�(zhuǎn)�� 由蒼蠅后翅(特化為平衡棒)仿生得�(lái)� 在一定的初始條件和一定的外在力矩作用�,陀螺會(huì)在不停自�(zhuǎn)的同�(shí),還繞著另一�(gè)固定的轉(zhuǎn)軸不停地旋轉(zhuǎn),這就是陀螺的旋�(jìn)(precession),又�(chēng)為回�(zhuǎn)效應(yīng)(gyroscopic effect)。陀螺旋�(jìn)是日常生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象,許多人小�(shí)候都玩過(guò)的陀螺就是一�� 人們利用陀螺的力學(xué)性質(zhì)所制成的各種功能的陀螺裝置稱(chēng)為陀螺儀(gyroscope),它在科�(xué)、技�(shù)、軍事等各�(gè)�(lǐng)域有著廣泛的�(yīng)�。比如:回轉(zhuǎn)羅盤(pán)、定向指示儀、炮彈的翻轉(zhuǎn)、陀螺的章動(dòng)、地球在太陽(yáng)(月球)引力矩作用下的旋�(jìn)(歲差)��
利用高速回�(zhuǎn)體的�(dòng)量矩敏感殼體相對(duì)慣性空間繞正交于自�(zhuǎn)軸的一�(gè)或二�(gè)軸的角運(yùn)�(dòng)檢測(cè)裝置。利用其他原理制成的角運(yùn)�(dòng)檢測(cè)裝置起同樣功能的也稱(chēng)陀螺儀�
陀螺儀陀螺儀的裝�,一直是航空和航海上航行姿態(tài)及速率等最方便�(shí)用的參考儀表。從力學(xué)的觀�(diǎn)近似的分析陀螺的�(yùn)�(dòng)�(shí),可以把它看成是一�(gè)剛體,剛體上有一�(gè)�(wàn)向支�(diǎn),而陀螺可以繞著這�(gè)支點(diǎn)作三�(gè)自由度的�(zhuǎn)�(dòng),所以陀螺的�(yùn)�(dòng)是屬于剛體繞一�(gè)定點(diǎn)的轉(zhuǎn)�(dòng)�(yùn)�(dòng)。更確切地說(shuō),一�(gè)繞對(duì)�(chēng)鈾高速旋�(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子叫陀�。將陀螺安裝在框架裝置上,使陀螺的自轉(zhuǎn)軸有角轉(zhuǎn)�(dòng)的自由度,這種裝置的總體叫做陀螺儀,陀螺儀的基本部件有� (1) 陀螺轉(zhuǎn)�(常采用同步電�(jī)、磁滯電�(jī)、三相交流電�(jī)等拖�(dòng)方法�(lái)使陀螺轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)軸高速旋�(zhuǎn),并�(jiàn)其轉(zhuǎn)速近似為常�)� (2) �(nèi)、外框架(或稱(chēng)�(nèi)、外�(huán),它是使陀螺自�(zhuǎn)軸獲得所需角轉(zhuǎn)�(dòng)自由度的�(jié)�(gòu))� (3) 附件(是指力矩馬達(dá)、信�(hào)傳感器等)�
陀螺儀已經(jīng)被廣泛用在航�、航天和航海�(lǐng)�。這是由于它的兩�(gè)基本特性:一為定軸性,另一�(gè)是�(jìn)�(dòng)�,它們都建立在角�(dòng)量守恒的原則��
定軸�
�(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子以高速旋�(zhuǎn)�(shí),若�(méi)有任何外力矩作用在陀螺儀上時(shí),陀螺儀的自�(zhuǎn)軸在慣性空間中的指向保持穩(wěn)定不�,即指向一�(gè)固定方向;同�(shí)反抗任何改變�(zhuǎn)子軸向的力量。這稱(chēng)為陀螺儀的定軸性或�(wěn)定�。其�(wěn)定性隨以下的物理量而改變:
1、轉(zhuǎn)子的�(zhuǎn)�(dòng)慣量愈大,穩(wěn)定性愈��
2、轉(zhuǎn)子角速度愈大,穩(wěn)定性愈好�
所謂“轉(zhuǎn)�(dòng)慣量�,是描述剛體在轉(zhuǎn)�(dòng)中慣性大小的物理量。當(dāng)以相同的力矩分別作用在兩�(gè)繞定軸轉(zhuǎn)�(dòng)的不同剛體上,它們所獲得的角速度通常是不一樣的,轉(zhuǎn)�(dòng)慣量大的剛體所獲得的角速度�,也就是保持原有�(zhuǎn)�(dòng)狀�(tài)的慣性大;反�,轉(zhuǎn)�(dòng)慣量小的剛體所獲得的角速度大,也就是保持原有轉(zhuǎn)�(dòng)狀�(tài)的慣性小�
�(jìn)�(dòng)�
�(dāng)�(zhuǎn)子高速旋�(zhuǎn)�(shí),若外力矩作用于外�(huán)�,陀螺儀將繞�(nèi)�(huán)軸轉(zhuǎn)�(dòng);若外力矩作用于�(nèi)�(huán)�,陀螺儀將繞外環(huán)軸轉(zhuǎn)�(dòng)。其�(zhuǎn)�(dòng)角速度方向與外力矩作用方向互相垂直。這種特�,叫做陀螺儀的�(jìn)�(dòng)性。�(jìn)�(dòng)角速度的方向取決于�(dòng)量矩H的方�(與轉(zhuǎn)子自�(zhuǎn)角速度矢量的方向一�)和外力矩M的方�,而且是自�(zhuǎn)角速度矢量以最短的路徑追趕外力��
這可以通過(guò)右手定則�(lái)判定。即伸直右手,大拇指與食指垂�,手指順著自�(zhuǎn)軸的方向,手掌朝外力矩的正方向,然后手掌�4指彎曲握�,則大拇指的方向就是�(jìn)�(dòng)角速度的方��
�(jìn)�(dòng)角速度的大小取決于外力矩M的大小和�(zhuǎn)子動(dòng)量矩H的大�,其計(jì)算式� =M/H。�(jìn)�(dòng)性的大小也有三�(gè)影響的因素:
1、外界作用力愈大,其�(jìn)�(dòng)角速度也愈��
2、轉(zhuǎn)子的�(zhuǎn)�(dòng)慣量愈大,�(jìn)�(dòng)角速度愈小�
3、轉(zhuǎn)子的角速度愈大,�(jìn)�(dòng)角速度愈小�
1.陀螺方向儀
2.陀螺羅�(pán)
3.陀螺穩(wěn)定器
4.陀螺穩(wěn)定平�(tái)
5.速率陀螺儀
6.陀螺垂直儀
陀螺儀作為一種既古老而又很有生命力的儀�,從�(tái)真正�(shí)用的陀螺儀器問(wèn)世以�(lái)已有大半�(gè)世紀(jì),但直到今天,陀螺儀仍在吸引著人們對(duì)它�(jìn)行研�,這是它本身具有的特性所決定�。陀螺儀最主要的基本特性是它的�(wěn)定性和�(jìn)�(dòng)�。人們從孩童�(shí)玩的地陀螺中早就�(fā)�(xiàn)高速旋�(zhuǎn)的陀螺可以豎直不倒而保持與地面垂直,這就反映了陀螺的�(wěn)定性。研究陀螺儀�(yùn)�(dòng)特性的理論是繞定點(diǎn)�(yùn)�(dòng)剛體�(dòng)力學(xué)的一�(gè)分支,它以物體的慣性為基礎(chǔ),研究旋�(zhuǎn)物體的動(dòng)力學(xué)特性�
陀螺儀器最早應(yīng)用于航海�(dǎo)�。隨著科�(xué)技�(shù)的發(fā)�,它在航空和航天事業(yè)中也得以廣泛�(yīng)�。陀螺儀器不僅可用作指示儀表,它還可以作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一�(gè)敏感元件,即可作為信�(hào)傳感�。根�(jù)需�,陀螺儀器能提供�(zhǔn)確的方位、水�、位�、速度和加速度等信�(hào),以便駕駛員或自�(dòng)�(dǎo)航儀�(lái)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�(dǎo)彈、空間探�(cè)火箭或衛(wèi)星運(yùn)載器等航行體的制�(dǎo)�,則直接利用這些信號(hào)完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控�。作為穩(wěn)定器,陀螺儀器能使列�(chē)在單軌上行駛,能減小船舶在風(fēng)浪中的搖�,能使安裝在飛機(jī)或衛(wèi)星上的照相機(jī)相對(duì)地面�(wěn)定等等。作為精密測(cè)試儀�,陀螺儀器能�?yàn)榈孛嬖O(shè)�、礦山隧�、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�(jiàn),陀螺儀器的�(yīng)用范圍是相當(dāng)廣泛�,它在現(xiàn)代化的國(guó)防建�(shè)和國(guó)民經(jīng)�(jì)建設(shè)中都占有很重要的地位�