陀螺儀的工作原理？

我們不用一個(gè)完整的輪框，我們用四個(gè)質(zhì)點(diǎn)ABCD來(lái)表示邊上的區(qū)域，這個(gè)邊對(duì)于用圖來(lái)解釋陀螺儀的工作原理是很重要的。軸的底部被托住靜止但是能夠各個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一個(gè)傾斜力作用在頂部的軸上的時(shí)候，質(zhì)點(diǎn)A向上運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)C則向下運(yùn)動(dòng)，如其中的子圖1。因?yàn)橥勇輧x是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)90度角之后，質(zhì)點(diǎn)A將會(huì)到達(dá)質(zhì)點(diǎn)B的位置。CD兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的情況也是一樣的。子圖2中質(zhì)點(diǎn)A當(dāng)處于如圖的90度位置的時(shí)候會(huì)繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)C也繼續(xù)向下。AC質(zhì)點(diǎn)的組合將導(dǎo)致軸在子圖2所示的運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)陀螺儀的軸在一個(gè)合適的角度上旋轉(zhuǎn)，在這種情況下，如果陀螺儀逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，軸將會(huì)在運(yùn)動(dòng)平面上向左運(yùn)動(dòng)。如果在順時(shí)針的情況中，傾斜力是一個(gè)推力而不是拉力的話，運(yùn)動(dòng)將會(huì)向左發(fā)生。在子圖3中，當(dāng)陀螺儀旋轉(zhuǎn)了另一個(gè)90度的時(shí)候，質(zhì)點(diǎn)C在質(zhì)點(diǎn)A受力之前的位置。C質(zhì)點(diǎn)的向下運(yùn)動(dòng)受到了傾斜力的阻礙并且軸不能在傾斜力平面上運(yùn)動(dòng)。傾斜力推軸的力量越大，當(dāng)邊緣旋轉(zhuǎn)大約180度時(shí)，另一側(cè)的邊緣推動(dòng)軸向回運(yùn)動(dòng)。
萬(wàn)向節(jié)陀螺儀
實(shí)際上，軸在這個(gè)情況下將會(huì)在傾斜力的平面上旋轉(zhuǎn)。軸之所以會(huì)旋轉(zhuǎn)是因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)AC在向上和向下運(yùn)動(dòng)的一些能量用盡導(dǎo)致軸在運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)AC最后旋轉(zhuǎn)到大致上相反的位置上時(shí)，傾斜力比向上和向下的阻礙運(yùn)動(dòng)的力要大?！⊥勇輧x運(yùn)動(dòng)的特性是它拐彎的時(shí)候能夠保持單軌設(shè)備的直上直下。比如說(shuō)，有必要的話，消防汽缸壓在一個(gè)很重的陀螺儀的軸上，就能保持其穩(wěn)定。陀螺儀和萬(wàn)向節(jié)結(jié)合起來(lái)組成的萬(wàn)向節(jié)陀螺儀則是實(shí)際中最經(jīng)常應(yīng)用的。
各模上的陀螺儀
從上面我們可以看到，陀螺儀的關(guān)鍵是軸的不變性。這樣的特性，看起來(lái)雖然簡(jiǎn)單，但能使用在許多不同的應(yīng)用上。制導(dǎo)武器就是陀螺儀的最關(guān)鍵應(yīng)用之一。在慣性制導(dǎo)中，陀螺儀是控制武器飛行姿態(tài)的重要部件，在劇烈變化的環(huán)境中，沒(méi)有精心設(shè)計(jì)的陀螺儀用來(lái)保證穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，再好的控制規(guī)律也無(wú)法命中目標(biāo)。除了制導(dǎo)之外，陀螺儀還能夠應(yīng)用在其他的尖端的科技上。比如說(shuō)，著名的哈勃天文望遠(yuǎn)鏡的3個(gè)遙感裝置中每個(gè)都裝有一個(gè)陀螺儀和一個(gè)備份。3個(gè)工作的陀螺儀是保證望遠(yuǎn)鏡指向所必不可少的。
陀螺儀正是因?yàn)樗钠胶獾奶匦?，已?jīng)成為了飛行設(shè)備中關(guān)鍵的部件，從航模、制導(dǎo)武器、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、天文望遠(yuǎn)鏡，無(wú)處沒(méi)有它的身影，陀螺儀默默的工作保證了這些飛行設(shè)備能按照指定的方式去工作。
向左轉(zhuǎn)|向右轉(zhuǎn)