2.1.2. Гироскопический эффект

Входы: сила, направление.

Выходы: перемещение, скорость.

Графическая иллюстрация:

Рис. 2.2. Устройство гироскопа

Сущность:

Гироскоп (Рис.2.2) - (от гиро... и ...скоп), быстро вращающееся твёрдое тело, ось вращения которого может изменять своё направление в пространстве. Гироскоп обладает рядом интересных свойств, наблюдаемых у вращающихся небесных тел, у артиллеристских снарядов, у детского волчка, у роторов турбин, установленных на судах. На свойствах гироскопа основаны разнообразные устройства или приборы, широко применяемые в современной технике для автоматического управления движением самолётов, морских судов, ракет, торпед и других объектов, для определения горизонта или географического меридиана, для измерения поступательных или угловых скоростей движущихся объектов (например, ракет) и много другого. Свойства гироскопа проявляются при выполнении двух условий: 1) ось вращения гироскопа должна иметь возможность изменять своё направление в пространстве; 2) угловая скорость вращения гироскопа вокруг своей оси должна быть очень велика по сравнению с той угловой скоростью, которую будет иметь сама ось при изменении своего направления.

Если на гироскоп подействовать силой, то его ось начнет поворачиваться в плоскости, перпендикулярной плоскости действия силы (прецессия).

Еще одна особенность гироскопа: вращающееся тело обладает гироскопическим эффектом - способностью сохранять в пространстве неизменное направление оси вращения. При силовом воздействии с целью изменить направление оси вращения возникает прецессия гироскопических систем. Гироскопы широко применяются в технике: они являются одним из основных элементов современных систем управления судами, самолетами, планетоходами, космическими кораблями.

Математическое описание:

где векторы и являются, соответственно, моментом силы, действующей на гироскоп, и его моментом импульса, скалярI —его моментом инерции, векторы и- угловой скоростью и угловым ускорением.

Применение.

1. А.С. № 474 444 Локомотив с электропередачей, содержащий аккумулятор энергии в виде вращающегося маховика, связанный с преобразователем энергии, представляющим собой обратимую электрическую машину, отличается тем, что, с целью устранения сил гироскопического эффекта маховика на устойчивость локомотива, маховик с преобразователем энергии смонтированы в оболочке и помещены в гироскопический механизм с двумя степенями свободы.

2. Измеряя процессию гироскопа, можно определить величину внешних сил, воздействующих на гироскоп.

A.C. № 467 336: Устройство для определения силы трения, содержащее корпус, карданный подвес, ротор с приводом, установленные в карданном подвесе, держатели образца и контробразца, нагружающий механизм, взаимодействующий с держателем контробразца, датчик угловой скорости прецессии, связанный с рамкой карданного подвеса, отличается тем, что, с целью определения силы трения при высоких, порядка сотен м/с скоростях вращения, держатель образца установлен на роторе, нагружающий механизм с держателем контробразца, а датчик угловой скорости прецессии связан с внешней рамкой подвеса.

3. Поскольку при вращательном движении само тело остается на одном месте, а только участки тела совершают круговые движения, то во вращающемся теле можно аккумулировать кинетическую энергию, которую затем можно преобразовать в кинетическую энергию поступательного движения. На этом принципе работают инерционные аккумуляторы, используемые, например, в гиробусах.

A.С. № 518 302: Машина для инерционной сварки трением, содержащая привод вращения и шпиндель с массой для накопления энергии, отличается тем, что, с целью уменьшения энергоемкости процесса, масса для накопления энергии выполнена в виде инерционного пульсатора.

А.с.№ 518 381: Привод кузнечнопрессовой машины, содержащий электродвигатель и насос, соединенный трубопроводом через распределительную систему с аккумулятором и рабочим цилиндром машины, отличается тем, что, с целью повышения КПД, он снабжен дополнительными аккумулятором энергии, маховиком, установленным в кинематической цепи, связывающей электродвигатель с насосом.