Волчок и навигация. Гирокомпас. Авиагоризонт

Подробности

Обновлено 16.08.2018 13:09

Устройство многих навигационных приборов основывается на свойствах волчка - гироскопа. Применяемые в технике гироскопы выполняют обычно в виде маховичка с утолщённым ободом, весом от нескольких граммов до десятков кГ, закрепленного в кардановом подвесе.
Чтобы сообщить гироскопу быстрое вращение, его делают ротором быстроходного электромотора.

А в авиации применяются гироскопы с ротором в виде воздушной турбинки, приводимой в движение струей воздуха.

Иногда гироскопы выполняют в форме шара с подвесом на воздушной плёнке, образуемой подачей сжатого воздуха.
Гироскоп с тремя степенями свободы используется при конструировании приборов для автоматического управления движением самолётов - автопилот, ракет, морских судов, торпед.

Гироскоп в этих приборах регистрирует отклонение движущегося объекта от заданного курса. Свойство гироскопа прецессировать под действием приложенной силы положено в основу гирокомпаса — прибора, определяющего направление географического меридиана, и гирогоризонта — прибора, определяющего направление истинной горизонта.
При запуске ракеты необходимо с высокой точностью знать скорость её вертикального взлёта.
С этой задачей тоже легко справляется прецессирующий гироскоп.

ГИРОКОМПАС -КОМПАС БЕЗ МАГНИТА

Навигационный прибор гирокомпас широко применяется в морском судоходстве. Направление движения судна определяют именно по этому прибору. Гирокомпас - это прибор с гироскопическим чувствительным элементом, предназначенный для определения астрономического азимута заданного направления.

Главная его часть - мотор с тяжелым маховиком, делающим огромное число оборотов в минуту. Под действием силы Кориолиса и трения ось волчка всегда устанавливается параллельно земной оси, т.е. указывает на Север.

___

Вот как описывает гироскоп автор популярной книги " Вращающийся волчок" Дж. Перри:

"Гирокомпас - это компас без магнита.
Компас такого рода представляет собой волчок, чрезвычайно быстро вращающийся вокруг оси. Последняя, собственно, и играет роль стрелки магнитного компаса; она может двигаться лишь в горизонтальной плоскости и, следовательно, стремясь стать параллельно земной оси, займет положение как раз по линии север-юг. Волчок - гироскоп, можно закрепить в любом месте медного обруча-меридиана, охватывающего глобус.

Ось волчка нарочно продолжена и сделана в виде большой стрелы, чтобы движения ее были резче. Волчок приводится в быстрое вращательное движение при помощи электричества. Сила тяжести заменена здесь резиновыми шнурками, протянутыми от оси волчка к глобусу. Пока глобус не вращается, ось волчка может занимать любое положение; но как только «земля» приходить в вращательное движение, ось волчка начинает раскачиваться и успокаивается лишь тогда, когда станет параллельно меридиану, – т.е. направится с юга на север.

Для моряка такой безмагнитный компас представляет огромные удобства.
Во-первых, он показывает не на магнитный, а на географический полюс.
Во-вторых, для него не существует никаких «склонений», с которыми постоянно приходится считаться, пользуясь магнитным компасом.
В третьих, – положение его не зависит от близости железных масс, которые так влияют на магнитный компас. Это последнее преимущество очень важно для военных судов, с их гигантскими пушками, толстой стальной броней и электромоторами."

Между прочим, компас-волчок дает нам новое и при том прямое доказательство вращения земли: если бы земной шар не вращался, движения оси компаса-волчка были бы необъяснимы. С помощью этого маленького прибора мы могли бы убедиться в вращательном движении нашей планеты даже в том случае, если бы никогда не видели неба, а были бы погребены в какой-нибудь подземной пещере... Как упростилась бы задача гениального Галилея, если бы он был знаком с этим замечательным свойством гироскопа!

АВИАГОРИЗОНТ

Ещё один навигационный прибор, который используется в авиации.

Авиагоризонт - гироскопический прибор, предназначенный для определения положения продольной и поперечной осей самолёта относительно горизонта; измеряет углы крена и тангажа самолёта. Авиагоризонт обеспечивает возможность пилотирования даже вне видимости земли.
Летчику необходимо всегда знать, где находится земная вертикаль по отношению к положению самолета в данный момент. Причем отвес, применяемый обычно в подобных случаях здесь не годится, т.к. при ускоренном движении он будет отклоняться.

Поэтому применяют быстро вращающийся волчок особой конструкции - гирогоризонт ( авиагоризонт). Как бы не изменял самолет свое положение, первоначально установленное направление оси вращения гирогоризонта вдоль земной вертикали будет сохраняться Волчок закреплен в кардановом подвесе.
Здесь при минимальном трении в опорах волчок ведет себя так, будто он подвешен в воздухе.