航空陀螺仪
一、陀螺仪的基本知识陀螺玩具旋转时,能够直立在地上;而且转得愈快,立得也愈稳;即使给它一个冲击,也只是晃动而不会倒下。陀螺的这种特性可以被利用来做成仪表用来测量飞机的姿态角、航向角和角速度。
航空陀螺仪表中的陀螺仪,是把绕自转轴(又叫转子轴)高速旋转的转子用框架支撑起来,使转子绕垂直于自转轴方向可以自由转动的这样一种装置。转子安装在内环和外环这两个框架中,转子可绕自转轴高速旋转,转子同内环可绕内环轴转动,转子同内环和外环还可绕外环轴转动这样支承起来的转子可以绕着垂直于自转轴的两根轴转动,这种装置称为三自由度陀螺仪。若转子仅安装于内环中这样支承起来的转子只能绕着垂直于自转轴的一根轴转动这种装置称为二自由度陀螺仪。
三自由度陀螺仪的基本特性之一是稳定性(又叫定轴性)。当转子高速旋转时,因具有很大的惯性,自转轴能够保持原来的方向稳定;无论基座怎样转动,自转轴所稳定的方向都将保持不变;同使受到冲击作用,自转轴也仅在原来的方位附近作一种高频微幅的振荡运动。陀螺仪具有抵抗干扰作用而力图保持自转轴方向稳定的特性叫做螺仪的稳定性。
陀螺仪的又一基本特性是进动性。当转子高速旋转时,若外力矩绕外环轴作用,陀螺仪将绕内环轴转动；若外力矩绕内环轴作用,陀螺仪将绕外环轴转动。陀螺仪转动角速度方向与外力矩作用方向互相垂直的特性,叫做陀螺仪的进动性。进动角速度 的方向取决于转子动量矩H的方向(与转子自转角速度矢量的方向一致)和外力矩M的方向,可用右手定则确定。进动角速度 的大小取决于转子动量矩H的大小和外力矩M的大小,其计算式为 =M/H。如果这种进动由陀螺仪中的干扰力矩引起,则叫做漂移,漂移角速度即漂移率是衡量各种陀螺仪表精度的最重要的指标。
至于二自由度陀螺仪的特性，就与三自由度陀螺仪不同。二自由度陀螺仪少了垂直于内环轴和自转轴方向的转动自由度。这样，当基座绕着这个缺少自由度的轴线转动时,通过内环轴上一对轴承的推动,就强迫陀螺仪跟随基座转动;与此同时,基座作用于内环两端轴承上的推力形成了推力矩将强迫陀螺绕内环轴进动，使自转轴趋于基座转动角速度的方向重合。因此,二自由度陀螺仪具有感受绕其缺少自由度方向转动的特性。
正是因为陀螺仪具有上述特性,可以做成测量飞行器(飞机、导弹、卫星等)角位置和角速度的仪表,还可做成测量飞行器线加速度和角加速度的仪表。
在航空上,陀螺仪表的基本用途是测量飞机的姿态角、航向角和角速度,因而成为飞机飞行的重要仪表。
航空陀螺仪表名称及在飞机上的用途：
陀螺地平仪：测量飞机的姿态角，给出姿态指示
垂直陀螺仪：测量飞机的姿态角，输出姿态信号
陀螺半罗盘：测量飞机的航向角，给出航向指示
航向陀螺仪：测量飞机的航向角或给偏航角，输出航向或偏航信号
陀螺磁罗盘：陀螺半罗盘与罗盘组合，用来测量飞机的航向角，并给出航向指示
陀螺转弯仪：测量飞机的转弯角速度，给出转弯指示
速率陀螺仪：测量飞机绕机体主轴 转动角速度，给出转弯指示
全姿态组合陀螺仪：垂直陀螺仪与航向陀螺仪组合，用来测量飞机的姿态和航向角，并输出姿态和航向信号
双轴陀螺稳定平台：测量飞机的姿态角，输出姿态信号
三轴陀螺稳定平台：测量飞机的姿态和航向角，输出姿态和航向信号
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