把陀螺仪放在飞机、轮船里,就可以测量出这些载体相对陀螺的方向固定的轴有多大的偏角,从而可以控制载体摆正姿态或者航向。
只不过这个原因听起来简单。但是实现起来难度颇大。因为陀螺的定轴性是有条件的,那就是不许用外力干涉它。也就是说陀螺仪运转起来之后不能有任何外部扰动。一旦有扰动,陀螺的轴向就会偏转,这在惯性技术中叫“漂移”。漂移的角度和所受外部干扰的大小成正比。
所以陀螺仪看上去很好,但是实际上我们都知道。不可能完全不扰动它,因为陀螺仪的转子不可能自己悬浮在空气里,必须要有框架对其进行支撑。所以任何陀螺仪转子不可能没有摩擦力矩。所以减小摩擦力矩就成为制造高精度陀螺仪的拦路虎!
这个拦路虎可以说是伤透了相关专家的脑筋,但是,有挑战就会有动力,一批批杰出的专家投入到了对这个难题的攻关上。19o8年,德国科学家安修茨博士设计了一种船用单转子摆式陀螺罗经。1911年,美国的斯博里博士也饿制造出了跟安修茨博士完全不同的用钢丝悬挂的单转子陀螺罗经。这其实就是早期的机械陀螺仪。
到了二战中,希特勒为了挽救其必然失败的命运,展一批末日武器。比如v2导弹,这种使用硕大的滚珠轴承支撑的机械陀螺赋予了v2攻击数百公里之外目标的能力,当然,该陀螺仪的精度其实有限,导致v2的精度也是相当的难看。
到了1949年,斯伯利公司研了k19型平台罗经。它集罗经和地平仪的功能与一体。把整体结构的陀螺和摆分开,并用电磁控制的方法把两者结合起来。揭开了陀螺仪从机械控制进入电磁控制的时代。
到了五十年代,科学家现滚珠轴承支撑的机械陀螺怎么做精度都有限,于是另辟蹊径,研出了浮子陀螺仪。所谓的浮子陀螺仪。其实就是把陀螺仪的机械支撑结构换成了液体或者气体进行支撑。比如说液浮陀螺仪、气浮陀螺仪,不管是液体还是气体,其摩擦力矩无疑比滚珠轴承小得多,自然的精度也就高得多。
打开了思路之后。随着技术的展,静电悬浮陀螺仪、磁悬浮陀螺仪也纷纷登场,一时间惯性器件迎来了春天。
比如在195o年5月,北美航空公司进行了世界上第一套纯惯性导航系统n1的飞行试验。经过适当改进之后,把n1更名为n6惯性导航系统后,安装在了“魟鱼号”核潜艇上进行测试。从珍珠港出。以水下2历时21天,穿越北极极点,潜航8146海里抵达英国波特港。在抵达目的地后,魟鱼号上浮,经过测量定位误差仅仅只有2o海里!
这一壮举震惊了世界,让液浮陀螺瞬间走俏。但是,液浮陀螺也不是没有缺点的,其结构相当的复杂,造价更不是一般的高。除了军方能用得起,民用可能性实在太低。
所以,针对液浮陀螺的缺点,新一轮攻关又开始了。到了1965年,费伦蒂公司先开始研制一种挠性支撑的动力调谐陀螺。这种陀螺结构简单易于制造,造价相对便宜,而且精度也不错。优异的性价比使其被不需要成年累月长时间连续工作的对象广泛使用。
然后出场的就是静电陀螺了,这是用静电来支撑的在真空中高旋转的转子陀螺。其实1952年就出现了相关的设想,进入六十年代才逐渐实现。这种陀螺仪的精度相当的牛逼,对比一下吧!
早期的框架陀螺仪(机械陀螺仪)精度量级约为11o1度每小时,动调陀螺仪约为51o251o3度每小时,浮子陀螺仪则是1o31o4度每小时,静电陀螺仪可高达1o61o7度每小时。而到了太空中,在失重和真空环境下,静电陀螺仪的精度还会增长到1o91o11度每小时的惊人量级。所以高精度的静电陀螺仪广泛用于卫星、洲际导弹和航天飞行器上。
可能有同志要说了,既然静电陀螺仪这么牛逼。是不是已经是技术最高峰呢?还真不是,因为其精度确实高,但价钱也是水涨船高,而且制造难度相当的大。一般的国家根本玩不起。而且对于一般性的导航来说,也不需要那么高的精度。
所以聪明的人类并没有在陀螺轴承这一条路上走到黑,陀螺的核心就是轴承,而那个轴承也是一切问题的难点,能不能避开它呢?其实是可以的。随后人类明了没有轴承、没有转子,也就是没有“陀螺”的“陀螺仪”。这些仪器其实严格意义上说应该叫“角运动传感器”,但是“陀螺仪”之前是在是太得人心了,所以大家还是将其称之为“陀螺仪”。
这些新一代“陀螺仪”分为四类:流体陀螺、振动陀螺、光学陀螺和粒子陀螺。其中流体陀螺按照其工作方式分为热对流式和射流式;振动陀螺按照振动原件的不同分为梁式、叉式、圆环式和板式。光学陀螺按照其构造不同分为激光陀螺、光纤陀螺、光机电陀螺;粒子陀螺目前还处于装逼的高大上阶段(研中),根据其工作粒子不同暂时分为原子陀螺、离子陀螺和导(电子)陀螺。
简单的介绍一下骗字数吧(笑,大家也可以用来装逼),流体陀螺和振动陀螺的原理基于科里奥利效应。科氏效应是物体的惯性在其同时有线运动和角运动时的一种表现,是一种看起来很牛逼、很高大上而实际上很简单的自然现象。
就好比是人站在旋转着的轮盘上,如果原地不动,可能只感受到有个离心力使人向外甩。如果顺着这个力向外侧走动。就会站不稳,觉得要向后倒。这是因为轮盘外缘半径大,它的向前度就快,人原来在内缘度慢,到了外缘就会觉得脚下的轮盘度变快了,人的身体由于有惯性就要向相反的方向倾斜。而这个向后倾斜的惯性力量就叫科氏力。
科氏力的大小与转盘的角度以及人体沿转盘径向移动的线度成正比,而流体陀螺和振动陀螺利用科氏效应,通过测量科氏力的大小就可以得到他的转动角度的具体数值。
光学陀螺和粒子陀螺的工作原理则越了经典的牛顿力学,光学陀螺是以光的“运动度保持恒定不变”这种与惯性类似的特征行为作为理论基础。将一束光分为正反相向旋转的两束,并将其旋转轴作为敏感轴构成一个“陀螺”。当陀螺绕敏感轴转动某一角度时。两束光从出点到汇合点的路程一个变长一个变短,于是其到达的时间也有前有后。这个时间差跟陀螺的转成正比。
只不过这个原因听起来简单。但是实现起来难度颇大。因为陀螺的定轴性是有条件的,那就是不许用外力干涉它。也就是说陀螺仪运转起来之后不能有任何外部扰动。一旦有扰动,陀螺的轴向就会偏转,这在惯性技术中叫“漂移”。漂移的角度和所受外部干扰的大小成正比。
所以陀螺仪看上去很好,但是实际上我们都知道。不可能完全不扰动它,因为陀螺仪的转子不可能自己悬浮在空气里,必须要有框架对其进行支撑。所以任何陀螺仪转子不可能没有摩擦力矩。所以减小摩擦力矩就成为制造高精度陀螺仪的拦路虎!
这个拦路虎可以说是伤透了相关专家的脑筋,但是,有挑战就会有动力,一批批杰出的专家投入到了对这个难题的攻关上。19o8年,德国科学家安修茨博士设计了一种船用单转子摆式陀螺罗经。1911年,美国的斯博里博士也饿制造出了跟安修茨博士完全不同的用钢丝悬挂的单转子陀螺罗经。这其实就是早期的机械陀螺仪。
到了二战中,希特勒为了挽救其必然失败的命运,展一批末日武器。比如v2导弹,这种使用硕大的滚珠轴承支撑的机械陀螺赋予了v2攻击数百公里之外目标的能力,当然,该陀螺仪的精度其实有限,导致v2的精度也是相当的难看。
到了1949年,斯伯利公司研了k19型平台罗经。它集罗经和地平仪的功能与一体。把整体结构的陀螺和摆分开,并用电磁控制的方法把两者结合起来。揭开了陀螺仪从机械控制进入电磁控制的时代。
到了五十年代,科学家现滚珠轴承支撑的机械陀螺怎么做精度都有限,于是另辟蹊径,研出了浮子陀螺仪。所谓的浮子陀螺仪。其实就是把陀螺仪的机械支撑结构换成了液体或者气体进行支撑。比如说液浮陀螺仪、气浮陀螺仪,不管是液体还是气体,其摩擦力矩无疑比滚珠轴承小得多,自然的精度也就高得多。
打开了思路之后。随着技术的展,静电悬浮陀螺仪、磁悬浮陀螺仪也纷纷登场,一时间惯性器件迎来了春天。
比如在195o年5月,北美航空公司进行了世界上第一套纯惯性导航系统n1的飞行试验。经过适当改进之后,把n1更名为n6惯性导航系统后,安装在了“魟鱼号”核潜艇上进行测试。从珍珠港出。以水下2历时21天,穿越北极极点,潜航8146海里抵达英国波特港。在抵达目的地后,魟鱼号上浮,经过测量定位误差仅仅只有2o海里!
这一壮举震惊了世界,让液浮陀螺瞬间走俏。但是,液浮陀螺也不是没有缺点的,其结构相当的复杂,造价更不是一般的高。除了军方能用得起,民用可能性实在太低。
所以,针对液浮陀螺的缺点,新一轮攻关又开始了。到了1965年,费伦蒂公司先开始研制一种挠性支撑的动力调谐陀螺。这种陀螺结构简单易于制造,造价相对便宜,而且精度也不错。优异的性价比使其被不需要成年累月长时间连续工作的对象广泛使用。
然后出场的就是静电陀螺了,这是用静电来支撑的在真空中高旋转的转子陀螺。其实1952年就出现了相关的设想,进入六十年代才逐渐实现。这种陀螺仪的精度相当的牛逼,对比一下吧!
早期的框架陀螺仪(机械陀螺仪)精度量级约为11o1度每小时,动调陀螺仪约为51o251o3度每小时,浮子陀螺仪则是1o31o4度每小时,静电陀螺仪可高达1o61o7度每小时。而到了太空中,在失重和真空环境下,静电陀螺仪的精度还会增长到1o91o11度每小时的惊人量级。所以高精度的静电陀螺仪广泛用于卫星、洲际导弹和航天飞行器上。
可能有同志要说了,既然静电陀螺仪这么牛逼。是不是已经是技术最高峰呢?还真不是,因为其精度确实高,但价钱也是水涨船高,而且制造难度相当的大。一般的国家根本玩不起。而且对于一般性的导航来说,也不需要那么高的精度。
所以聪明的人类并没有在陀螺轴承这一条路上走到黑,陀螺的核心就是轴承,而那个轴承也是一切问题的难点,能不能避开它呢?其实是可以的。随后人类明了没有轴承、没有转子,也就是没有“陀螺”的“陀螺仪”。这些仪器其实严格意义上说应该叫“角运动传感器”,但是“陀螺仪”之前是在是太得人心了,所以大家还是将其称之为“陀螺仪”。
这些新一代“陀螺仪”分为四类:流体陀螺、振动陀螺、光学陀螺和粒子陀螺。其中流体陀螺按照其工作方式分为热对流式和射流式;振动陀螺按照振动原件的不同分为梁式、叉式、圆环式和板式。光学陀螺按照其构造不同分为激光陀螺、光纤陀螺、光机电陀螺;粒子陀螺目前还处于装逼的高大上阶段(研中),根据其工作粒子不同暂时分为原子陀螺、离子陀螺和导(电子)陀螺。
简单的介绍一下骗字数吧(笑,大家也可以用来装逼),流体陀螺和振动陀螺的原理基于科里奥利效应。科氏效应是物体的惯性在其同时有线运动和角运动时的一种表现,是一种看起来很牛逼、很高大上而实际上很简单的自然现象。
就好比是人站在旋转着的轮盘上,如果原地不动,可能只感受到有个离心力使人向外甩。如果顺着这个力向外侧走动。就会站不稳,觉得要向后倒。这是因为轮盘外缘半径大,它的向前度就快,人原来在内缘度慢,到了外缘就会觉得脚下的轮盘度变快了,人的身体由于有惯性就要向相反的方向倾斜。而这个向后倾斜的惯性力量就叫科氏力。
科氏力的大小与转盘的角度以及人体沿转盘径向移动的线度成正比,而流体陀螺和振动陀螺利用科氏效应,通过测量科氏力的大小就可以得到他的转动角度的具体数值。
光学陀螺和粒子陀螺的工作原理则越了经典的牛顿力学,光学陀螺是以光的“运动度保持恒定不变”这种与惯性类似的特征行为作为理论基础。将一束光分为正反相向旋转的两束,并将其旋转轴作为敏感轴构成一个“陀螺”。当陀螺绕敏感轴转动某一角度时。两束光从出点到汇合点的路程一个变长一个变短,于是其到达的时间也有前有后。这个时间差跟陀螺的转成正比。