陀螺儀

維基百科,自由的百科全書
前往: 導覽搜尋
定軸陀螺儀
偏軸陀螺儀
迴轉儀的構造
三軸

陀螺儀英文gyroscope),是一種用來感測與維持方向的裝置,基於角動量守恆的理論設計出來的。陀螺儀主要是由一個位於軸心且可旋轉的轉子構成。 陀螺儀一旦開始旋轉,由於轉子的角動量,陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。陀螺儀多用於導航定位等系統。

歷史[編輯]

1850年法國物理學家萊昂·傅科(J.Foucault)為了研究地球自轉,首先發現高速轉動中的轉子(rotor),由於慣性作用它的旋轉軸永遠指向一固定方向,他用希臘文gyro(旋轉)和skopein(看)兩字合為gyroscopei一字來命名這種儀錶。

結構[編輯]

陀螺儀的裝置,一直是航空航海上航行姿態及速率等最方便實用的參考儀錶。

基本上陀螺儀是一種機械裝置,其主要部分是一個對旋轉軸以極高角速度旋轉的轉子,轉子裝在一支架內(見圖一a);在通過轉子中心軸XX1上加一內環架,那麼陀螺儀就可環繞飛機兩軸作自由運動;然後,在內環架外加上一外環架;這個陀螺儀有兩個平衡環,可以環繞飛機三軸作自由運動,就是一個完整的太空陀螺儀(space gyro)。

特性[編輯]

陀螺儀被用在飛機飛行儀錶的心臟地位,是由於它的兩個基本特性:一為定軸性(inertia or rigidity),另一是逆動性(precession),這兩種特性都是建立在角動量守恆的原則下。

定軸性[編輯]

當陀螺轉子以極高速度旋轉時,就產生了慣性,這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間,指向一個固定的方向,同時反抗任何改變轉子軸向的力量,這種物理現象稱為陀螺儀的定軸性或慣性。 其慣性隨以下的物理量而改變:

  1. 轉子質量愈大,慣性愈大
  2. 轉子旋轉半徑愈大,慣性愈大
  3. 轉子旋轉速度愈大,慣性愈大。

逆動性[編輯]

在運轉中的陀螺儀,如果外界施一作用或力矩在轉子旋轉軸上,則旋轉軸並不沿施力方向運動,而是順著轉子旋轉向前90度垂直施力方向運動,此現象即是逆動性。

逆動性的大小也有三個影響的因素:

  1. 外界作用力愈大,其逆動性也愈大;
  2. 轉子的質量慣性矩(moment of inertia)愈大,逆動性愈小;
  3. 轉子的角速度愈大,逆動性愈小。

而逆動方向可根據逆動性原理取決於施力方向及轉子旋轉方向。

參見[編輯]

注釋[編輯]

參考資料[編輯]

  • 李春霖譯 飛行概要圖解 徐氏基金會 12~15頁
  • W. J. Hesse, N. V. S. Mumford, Jr., Jet Propulsion for Application 大學圖書出版社 6~7頁 民國七十一年三月
  • E. H. J. Pallett, V. Brown, Aircraft Instruments Principles and Applications 滄海書局 第五章
  • J. Roskan, Airplane Flight Dynamics &Automatic Flight Controls, Part Ⅰ 滄海書局 25~28頁
  • and , "Über die Theorie des Kreisels" (Tr., About the theory of the gyroscope). Leipzig, Berlin, B.G. Teubner, 1898-1914. 4 v. illus. 25 cm.

外部連結[編輯]