Презентация "Гироскопы"

Гироскопы

Подготовил Илюшин М

Ученик 11 класса

МКОУ СОШ ЗАТО Солнечный

Учитель Сербакова Н.Г.

.

Гироскоп (от греч. "гирос" - вращение и

"скопео" - наблюдать,смотреть) – навигационный

прибор, созданный французским физиком Жан

Бернар Леоном Фуко(1819–1868) в 1852г .

Он хотел с помощью своего лабораторного

прибора наблюдать вращение Земли относительно

абсолютного пространства.

При создании гироскопа Фуко столкнулся

с тремя взаимосвязанными проблемами,

ставшими потом классическими в гироскопической

технике:

1) как практически реализовать тело, имеющее

одну неподвижную точку и свободу вращения

вокруг трех взаимно перпендикулярных осей;

2) как раскрутить это тело вокруг одной из его осей и в дальнейшем поддерживать высокое значение угловой скорости;

3) как "защитить" вращающееся тело от действия внешних возмущающих моментов

Принцип работы гироскопа Фуко

Основным элементом гироскопа

является быстро вращающийся

ротор, закрепленный так, что ось его

вращения может поворачиваться.

Три степени свободы (оси возможного

вращения) ротора гироскопа

обеспечиваются двумя рамками

карданова подвеса(шарнирная опора).

Если на такое устройство не действуют

внешние возмущения, то ось собственного вращения ротора сохраняет

постоянное направление в пространстве. Если же на него действует

момент внешней силы, стремящийся повернуть ось собственного

вращения, то она начинает вращаться не вокруг направления момента, а

вокруг оси, перпендикулярной ему (прецессия).

В хорошо сбалансированном (астатическом) и достаточно быстро

вращающемся гироскопе, установленном на высокосовершенных

подшипниках с незначительным трением, момент внешних сил

практически отсутствует, так что гироскоп долго сохраняет почти

неизменной свою ориентацию в пространстве.

Поэтому он может указывать угол

поворота основания, на котором

закреплен. Если же поворот оси

гироскопа ограничить пружиной, то при

соответствующей установке его,

например, на летательном аппарате,

выполняющем разворот, гироскоп

будет деформировать пружину, пока не

уравновесится момент внешней силы.

В этом случае сила сжатия или растяжения пружины пропорциональна

угловой скорости движения летательного аппарата. Таков принцип

действия авиационного указателя поворота и многих других

гироскопических приборов. Поскольку трение в подшипниках очень

мало, для поддержания вращения ротора гироскопа не требуется много

энергии. Для приведения его во вращение и для поддержания вращения

обычно бывает достаточно маломощного электродвигателя или струи

сжатого воздуха.

Классификация

Основные типы гироскопов по количеству степеней свободы:

• 2-степенные (интегрирующие, дважды

интегрирующие, дифференцирующие)

• 3-степенные (астатические, позиционные)

Основные типы гироскопов по принципу действия :

• механические гироскопы
• оптические гироскопы

По режиму действия гироскопы делятся на:

• датчики угловой скорости
• указатели направления

Однако одно и то же устройство может работать в разных режимах

в зависимости от типа управления.

Применение

Сегодня гироскопы - неотъемлемая часть навигационной системы,

устанавливаются на роботах, в антиблокировочных системах

(предотвращающих пробуксовывание колёс автомобиля), на

автомобильных приборных панелях, в космических летательных

аппаратах и космических телескопах, марсоходах и системах

индивидуального передвижения космонавтов в открытом космосе.

Работа гироскопа базируется на двух принципах: любая вращающаяся

масса стремится сохранить положение своей оси вращения в

пространстве. Вращающийся гироскоп поддерживает постоянной

ориентацию спутника относительно Земли, что обеспечивает надёжную

связь с ним. Вращающаяся масса сопротивляется действию силы,

стремящейся изменить её положение. В середине 1900-х гг. на судах

ставили гигантские гироскопы, массой несколько тонн, которые

вращались с помощью двигателей. Эти устройства выравнивали

положение судна на волнах, поддерживая его всё время “мачтами

вверх”.

Гироскопы в космонавтике

Основной прибор системы управления ракеты

- гироскоп. Но гироскоп работает только тогда,

когда он раскручен до скорости десятков тысяч

оборотов в минуту.

Прецизионные гироскопы используются в

системах наведения стратегических ракет большой

дальности, во время холодной войны информация об исследованиях,

проводимых в этой области, классифицировалась как секретная.

Если рассматривать ракету как живой организм, то гироскоп —

вестибулярный аппарат, позволяющий человеку ориентироваться в

трехмерном пространстве, а ракете лететь по заданному маршруту.

Космические гироскопы в будущем

В настоящее время разрабатывается система навигационных спутников

третьего поколения.

Перспективное направление развития квантовых гироскопов.

А перспективный метод построения и хранения опорных направлений в

пространстве – инерциальная система координат, построенная космическими

гироскопами, которые доставляются с помощью ракет в точки либрации планет

Солнечной системы.

  Постоянно действующие космические гироскопы позволят при любой

погоде, в любой момент времени между  астрометрическими измерениями,

хранить и передавать на различные объекты с необходимой точностью 

инерциальную систему координат для оперативного решения  фундаментальных

и прикладных задач.

  Ротор свободного гироскопа, раскрученный в вакууме на высоте

низкоорбитального спутника,  может вращаться с постоянной времени выбега

несколько лет. При глубоком вакууме – постоянная времени выбега ротора

составит величину от несколько десятков лет до сотен лет.  При космическом

сверхглубоком вакууме этот показатель может

исчисляться тысячелетиями.                   

Создание космических гироскопов по самостоятельному международному

роекту или в рамках уже создаваемой космической геодезической системы

ГЕОИК– 2 позволит решать задачи космической геодезии, навигации,

геодинамики, геофизики, океанографии и многие другие на уровне требований

21 века.