軍事自動化應(yīng)用案例-陀螺儀

1、應(yīng)用案例-陀螺儀如果你對現(xiàn)代戰(zhàn)爭有一點了解，就一定對制導(dǎo)武器尤其是制導(dǎo)導(dǎo)彈有深刻的印象。而制導(dǎo)技術(shù)中的一個關(guān)鍵設(shè)備就是陀螺儀，陀螺儀是在動態(tài)中保持相對跟蹤狀態(tài)的裝置，由于其原理的復(fù)雜性，我們借助于圖來看看陀螺儀的原理。圖1 陀螺儀的工作原理我們不用一個完整的輪框，我們用四個質(zhì)點ABCD來表示邊上的區(qū)域，這個邊對于用圖來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方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一個傾斜力作用在頂部的軸上的時候，質(zhì)點A向上運動，質(zhì)點C則向下運動，如其中的子圖1。因為陀螺儀是順時針旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)90度角之后，質(zhì)點A將會到達質(zhì)點B的位置。CD兩個質(zhì)點的情況也是一樣的。子圖2中質(zhì)點A當(dāng)處于

2、如圖的90度位置的時候會繼續(xù)向上運動，質(zhì)點C也繼續(xù)向下。AC質(zhì)點的組合將導(dǎo)致軸在子圖2所示的運動平面內(nèi)運動。一個陀螺儀的軸在一個合適的角度上旋轉(zhuǎn)，在這種情況下，如果陀螺儀逆時針旋轉(zhuǎn)，軸將會在運動平面上向左運動。如果在順時針的情況中，傾斜力是一個推力而不是拉力的話，運動將會向左發(fā)生。在子圖3中，當(dāng)陀螺儀旋轉(zhuǎn)了另一個90度的時候，質(zhì)點C在質(zhì)點A受力之前的位置。C質(zhì)點的向下運動現(xiàn)在受到了傾斜力的阻礙并且軸不能在傾斜力平面上運動。傾斜力推軸的力量越大，當(dāng)邊緣旋轉(zhuǎn)大約180度時，另一側(cè)的邊緣推動軸向回運動。圖2 萬向節(jié)陀螺儀實際上，軸在這個情況下將會在傾斜力的平面上旋轉(zhuǎn)。軸之所以會旋轉(zhuǎn)是因為質(zhì)點AC在向

3、上和向下運動的一些能量用盡導(dǎo)致軸在運動平面內(nèi)運動。當(dāng)質(zhì)點AC最后旋轉(zhuǎn)到大致上相反的位置上時，傾斜力比向上和向下的阻礙運動的力要大。陀螺儀運動的特性是它拐彎的時候能夠保持單軌設(shè)備的直上直下。比如說，有必要的話，消防汽缸壓在一個很重的陀螺儀的軸上，就能保持其穩(wěn)定。陀螺儀和萬向節(jié)結(jié)合起來組成的萬向節(jié)陀螺儀則是實際中最經(jīng)常應(yīng)用的。圖3是一種航模上的陀螺儀。圖3 航模上的陀螺儀 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，看起來雖然簡單，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，沒有精心設(shè)計的陀螺儀用來保證穩(wěn)定性和準確性，再好的控制規(guī)律也無法命中目標。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，著名的哈勃天文望遠鏡的3個遙感裝置中每個都裝有一個陀螺儀和一個備份。3個工作的陀螺儀是保證望遠鏡指向所必不可少的。陀螺儀正是因為它的平衡的特性，已經(jīng)成為了飛行設(shè)備中關(guān)鍵的部件，從航模、