4.1.1 Основные свойства свободного гироскопа
Свойство инерции– это способность сохранять вектор собственного вращения неизменным в мировом пространстве.
Свойство прецессии– это поведение гироскопа под действием внешних сил. При приложении момента внешних сил, вектор собственного вращения стремится совместиться с вектором момента внешних сил по кратчайшему расстоянию. При этом движение осуществляется с постоянной скоростью в плоскости, перпендикулярной плоскости действия сил.
4.1.2 Ускорение Кориолиса
Рисунок 2.38 – Определение Кориолисова ускорения на плоскости.
Если
,
,
,
то
.
Т.к.
,
,
то
.
Т.к.
,
то
.
.
,
.
-Кориолисово (поворотное) ускорение.
Для определения направления Кориолисова
ускорения, необходимо повернуть
вектор относительной скорости по
направлению переносного движения на
.
.
Рисунок 2.39 – Определение Кориолисова ускорения 3х степенного гироскопа.
Рассмотрим:
точки А и С:
и
- параллельны,
кориолисово ускорение отсутствует;
точки В и D:
и
- перпендикулярны, т.к.
,
кориолисово ускорение присутствует.
Кориолисово ускорениев точках А и С появится только при прецессионном движении, т.е. только после начального движения точек В иD.
Угловая скорость прецессииравна
,
где
- кинетический момент гироскопа,
,
где
.
.
В качестве ротора используется ротор
синхронного двигателя
.
Рисунок 2.40 –
4.1.3 Типы современных гироскопов
Гироскопы с новым типом подвеса ротора.
Гироскопы с нетвердотельным носителем момента количества движения.
Гироскопы, момент количества движения которых связан не с вращением, а с колебанием.
Гироскопы, использующие гиромагнитные свойства элементарных частиц.
Гироскопы, использующие изменение параметров электромагнитных колебаний, распространяющихся как в замкнутых, так и в разомкнутых контурах.
Струйнополяризационные гироскопы.
4.1.4 Гироскоп с электрическим типом подвеса ротора
ЕGSбыл изобретен в 1952 г. в США.
Рисунок 2.41 – Устройство гироскопа с электрическим типом подвеса ротора:
1-6 – управляющие электроды.
Данный гироскоп может работать и как
3х степенной гироскоп с высокой степенью
чувствительности
.
;
,
где
- сила;
- удельная сила;
- напряжение на поддерживающих электродах.
Задачи, решаемые при создании гироскопов с электрическим типом подвеса ротора
Для обеспечения большей жесткости подвеса необходимо увеличивать напряжение на поддерживающих электродах. Но при напряжении
может возникнуть пробой. Поэтому
необходимо обеспечивать в зазоре
вакуум.
Для исключения стекания электрических зарядов с поверхности ротора и поддерживающих электродов их обработку необходимо обеспечивать с высокой точностью и хорошим качеством поверхности.
Поскольку поверхностные силы малы, то ротор изготавливают полым из наиболее мягких материалов (
или
).
Поддержание идеальной геометрической формы ротора, вращающегося с большой угловой скоростью и имеющего тонкостенную оболочку, достаточно затруднительно.
Трудность съема выходной информации.
Корпус гироскопа должен быть вакуум-плотным, а все детали – малогазящими.
Рисунок 2.42 – Гироскоп с электрическим типом подвеса ротора.