Введение

Гироскоп - это осесимметричное тело, вращающееся вокруг оси симметрии с доста- точно большой угловой скоростью. Чем выше эта скорость, тем ярче проявляются свойст- ва гироскопа, которые на первый взгляд кажутся необычными. В частности, гироскоп, опираясь всего лишь на одну точку, смещенную относительно его центра масс, может в течение продолжительного времени сохранять свою ориентацию, не опрокидываясь под действием момента силы тяжести. Это свойство иллюстрируется широко распространен- ной игрушкой - волчком.

Объяснение указанного поведения быстро вращающего тела было дано в 18 веке с развитием теории, начало которой положил Эйлер выводом в 1757 г. кинематических и динамических уравнений, описывающих движение твердого тела вокруг неподвижной точки.

Путем решения упомянутой системы уравнений Эйлер, а затем Лагранж, Пуассон, Ко- валевская дали полное и элементарное описание движения вращающегося тела в наиболее важных для практики случаях.

Следует отметить, что упомянутая теория вначале развивалась, главным образом, ис- ходя из потребностей астрономии - с целью детального изучения движения небесных тел, прежде всего, Земли. На возможность же практического применения гироскопа впервые указал Фуко - основоположник прикладной гироскопии. В 1852 г. он представил доклад парижской академии наук, в котором утверждал, что будучи помещенным в карданов под- вес, быстро вращающийся ротор можно использовать для наблюдения вращения Земли, для определения направления на Север, для измерения широты места наблюдателя. Фуко дал и ныне используемое название быстро вращающего ротора - гироскоп (в переводе с греческого гиро - вращаться, скоп - наблюдать). Однако, производившиеся Фуко опыты с целью демонстрации возможностей гироскопа из-за несовершенства изготовленных им приборов не были вполне удачными вследствие значительных погрешностей.

Последовавшее в конце 19 начале 20 века бурное развитие практической гироскопии было обязано, с одной стороны, потребностям флота - необходимости создания компаса, работоспособного, в отличие от магнитного, в бронированных кораблях, с другой сторо- ны - развитию ряда областей техники, результаты которого способствовали совершенст- вованию конструкции гироскопов, в частности, использованию в них электродвигателя и шарикоподшипниковых опор.

В настоящее время гироскопы и различные устройства на их основе находят весьма широкое применение во многих областях техники и, прежде всего, в системах стабилиза- ции и в системах навигации подвижных объектов (судов, самолетов, космических аппара- тов и др.). Это обусловливается достаточно высокими характеристиками точности, на- дежности и помехозащищенности гироприборов.

Следует отметить, что для решения задач, традиционно возлагаемых на гироскопы, были созданы и другие приборы, работающие на иных физических принципах. Их также относят к гироскопическим, и те из них, которые используются для решения задач точной навигации, описываются в лекциях.

Особо следует упомянуть в этой связи развиваемое в последнее время направление создания миниатюрных измерителей параметров движения – микромеханических гиро- скопов и акселерометров. Они пока не удовлетворяют требованиям точной навигации и потому в данных лекциях не рассматриваются. С указанным новым направлением можно познакомиться, например, по обзорной статье М.И.Евстифеева (см. список литературы), а также по ряду статьей, опубликованных в журнале «Гироскопия и навигация».