Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Московский государственный технологический университет
«СТАНКИН»
Кафедра «Теоретическая механика»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
по теме «Приближённая теория гироскопов»
Выполнил:
студент гр. М-4-
Принял:
преподаватель Ф.В. Гуров
Москва г.
Гироскоп – симметричное твёрдое тело, быстро вращающееся вокруг неподвижной точки, лежащей на его оси симметрии.
Основные типы гироскопов по количеству степеней свободы:
Основные два типа гироскопов по принципу действия:
По режиму действия гироскопы делятся на:
Однако одно и то же устройство может работать в разных режимах в зависимости от типа управления.
Основные области применения гироскопов – судоходство, авиация и космонавтика. Почти каждое морское судно дальнего плавания снабжено гирокомпасом для ручного или автоматического управления судном, некоторые оборудованы гиростабилизаторами. В системах управления огнем корабельной артиллерии много дополнительных гироскопов, обеспечивающих стабильную систему отсчета или измеряющих угловые скорости. Без гироскопов невозможно автоматическое управление торпедами. Самолеты и вертолеты оборудуются гироскопическими приборами, которые дают надежную информацию для систем стабилизации и навигации. К таким приборам относятся авиагоризонт, гировертикаль, гироскопический указатель крена и поворота. Гироскопы могут быть как указывающими приборами, так и датчиками автопилота. На многих самолетах предусматриваются гиростабилизированные магнитные компасы и другое оборудование – навигационные визиры, фотоаппараты с гироскопом, гиросекстанты. В военной авиации гироскопы применяются также в прицелах воздушной стрельбы и бомбометания.
Свойства роторного гироскопа:
1. Скорость вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его вращения. Основное свойство гироскопа — способность сохранять в пространстве неизменное направление оси вращения при отсутствии воздействия на неё моментов внешних сил.
Впервые это свойство использовал Фуко в 1852 г. для экспериментальной демонстрации вращения Земли. Именно благодаря этой демонстрации гироскоп и получил своё название от греческих слов «вращение», «наблюдаю».
2. При воздействии на ось моментом внешней силы, стремящимся изменить направленность в пространстве оси собственного вращения, эта ось гироскопа начинает отклоняться не по оси действия момента, а по перпендикулярной ей(явление прецессии).
3. Гироскопический эффект вращающихся тел есть проявление коренного свойства материи — её инертности.
Упрощённо, поведение гироскопа описывается уравнением:
где векторы 
и 
являются, соответственно, моментом силы, действующей на гироскоп, и его моментом импульса, скаляр 
— его моментом инерции, векторы 
и 
угловой скоростью и угловым ускорением.
Отсюда следует, что момент силы , приложенный перпендикулярно оси вращения гироскопа, то есть перпендикулярный , приводит к движению, перпендикулярному как , так и , то есть к явлению прецессии. Угловая скорость прецессии 
гироскопа определяется его моментом импульса и моментом приложенной силы:
то есть обратно пропорциональна скорости вращения гироскопа.
4. При сообщении угловой скорости собственного вращения в опорах возникают дополнительные динамические нагрузки(двухстепенной гироскоп).
Новые типы гироскопов:
Постоянно растущие требования к точностным и эксплутационным характеристикам гиро-приборов заставили ученых и инженеров многих стран мира не только усовершенствовать классические гироскопы с вращающимся ротором, но и искать принципиально новые идеи, позволившие решить проблему создания чувствительных датчиков для измерения и отображения параметров углового движения объекта.
В настоящее время известно более ста различных явлений и физических принципов, которые позволяют решать гироскопические задачи. В России и США выданы тысячи патентов и авторских свидетельств на соответствующие открытия и изобретения. Даже их беглое перечисление представляет невыполнимую задачу.
Поскольку прецизионные гироскопы использовались в системах наведения стратегических ракет большой дальности во время холодной войны информация о исследованиях, проводимых в этой области, классифицировалась как секретная.
Перспективным является направление развития квантовых гироскопов.
Пример гироскопа с тремя степенями свободы. Iy – ось собственного вращения ротора, вдоль которой направлен его кинетический момент; I0 – опорное направление кинетического момента; j – угол отклонения внутренней рамки карданова подвеса; wj – угловая скорость поворота внутренней рамки подвеса (прецессия); Mq – момент возмущающей внешней силы; wq – угловая скорость поворота внешней рамки подвеса (нутация).
Дата добавления: 2015-11-04; просмотров: 30 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| Всем peace and love от человека, застрявшего в шестидесятых, человека, для которого близость к хиппи не исчерпывается фенечками, который ходит по школе босиком, любящего природу, красивые песни, | | |