陀螺儀在航空飛行領(lǐng)域的應用:由于各種電子設備和電腦控制的高科技發(fā)展,各種現(xiàn)代飛機的設計大多數(shù)都是靜不穩(wěn)定的,必須利用電子設備和電腦來輔助控制來使飛機取得良好的飛行控制。這種飛機單純依靠飛行員手指來控制難度會加大。飛機雖然仍能飛行,但是會出現(xiàn)不同程度的搖晃不定,總是處于一種不穩(wěn)定的飛行狀態(tài)。有時重心設定的不太準確,稍微有差別,也會使飛機飛行不太穩(wěn)定??罩杏懈鞣N亂流,也會使飛機飛行不夠穩(wěn)定,這時就使用陀螺儀增穩(wěn),飛機就會一直平穩(wěn)的飛行,讓飛行員感覺更容易操控飛機,做出各種動作也更加標準。在航天器、飛機、導彈等航空航天器材中,陀螺儀用于測量和控制姿態(tài),確保飛行和導航的精確性和安全性。實時慣導使用方法
不過,從此以后,以陀螺儀為主要的慣性制導系統(tǒng)就被普遍應用于航空航天,這里的導彈里面依然有這套東西,而隨著需求的刺激,陀螺儀也在不斷進化。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀,機械式的陀螺儀對工藝結(jié)構(gòu)的要求很高,結(jié)構(gòu)復雜,它的精度受到了很多方面的制約。自從上個世紀七十年代以來,現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進入了一個全新的階段。1976年等提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設想,到八十年代以后,現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展,與此同時激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。北京航姿儀作用陀螺儀可以測量物體的旋轉(zhuǎn)速度和角度,從而幫助確定物體的方向和位置。
光纖陀螺儀,光纖陀螺儀是以光導纖維線圈為基礎(chǔ)的敏感元件, 由激光二極管發(fā)射出的光線朝兩個方向沿光導纖維傳播。光傳播路徑的變化,決定了敏感元件的角位移。光纖陀螺儀與傳統(tǒng)的機械陀螺儀相比,優(yōu)點是全固態(tài),沒有旋轉(zhuǎn)部件和摩擦部件,壽命長,動態(tài)范圍大,瞬時啟動,結(jié)構(gòu)簡單,尺寸小,重量輕。與激光陀螺儀相比,光纖陀螺儀沒有閉鎖問題,也不用在石英塊精密加工出光路,成本低。激光陀螺儀,激光陀螺儀的原理是利用光程差來測量旋轉(zhuǎn)角速度(Sagnac效應)。在閉合光路中,由同一光源發(fā)出的沿順時針方向和反時針方向傳輸?shù)膬墒夂凸飧缮?,利用檢測相位差或干涉條紋的變化,就可以測出閉合光路旋轉(zhuǎn)角速度。
1950s,美國查爾斯·史塔克·德雷伯實驗室,采用液浮支撐技術(shù),研制出液浮陀螺儀,使陀螺儀的精度達到了慣性級要求。1960s,美國羅伯特·克雷格,研制出動力調(diào)諧陀螺儀,在戰(zhàn)術(shù)導彈和特種飛機等平臺成功應用1963,美國研制出激光陀螺儀,隨后將其應用到飛機與戰(zhàn)術(shù)導彈1964,美國研制出靜電陀螺儀,并于1979年將其應用于“三叉戟”彈道導彈核潛艇,使得潛艇導航能力實現(xiàn)質(zhì)的飛躍1990s,以微機電陀螺儀(MEMS)、半球諧振陀螺儀(RG)為表示的振動陀螺儀,以及以核磁共振陀螺儀(NMRG)、原子干涉陀螺儀(AIG)為表示的原子陀螺儀快速發(fā)展。陀螺儀的工作原理是基于角動量守恒定律,即物體在沒有外力作用下,角動量保持不變。
陀螺儀的應用場景,慣性導航,在航空航天事業(yè)中普遍應用,配合GPS提高導航精度(感知方向/速度的改變),已知起始位置/朝向,將每個時刻的運動方向與朝向,通過積分運算后得到較終的朝向、位置信息。慣性姿態(tài)計算,體感操作(和平精英)、手勢控制(Smart Car教育機器人)、空間音頻(Airpods)、頭部追蹤(VR/AR頭顯)、飛控(無人機)、穩(wěn)定(穩(wěn)定器)。手機應用:計步、攝像頭防抖、橫豎屏感應切換、抬屏顯示、360°視圖顯示(可以根據(jù)手機的方位與角度查看不同視角,eg.星空APP)、搖一搖陀螺儀在慣性導航儀中,可以用于測量飛行器的姿態(tài)、速度和位置,提供準確的導航數(shù)據(jù)。北京航姿儀作用
陀螺儀作為現(xiàn)代導航和控制技術(shù)中的重要組成部分,為多個領(lǐng)域的精確測量和定位提供了不可或缺的支持。實時慣導使用方法
陀螺儀的分類:按照原理,可以分為機電式陀螺儀(以經(jīng)典力學為基礎(chǔ))、光電類陀螺儀(以近代物理學效應為基礎(chǔ)),機電式陀螺儀(以經(jīng)典力學為基礎(chǔ)):轉(zhuǎn)子式陀螺儀:滾珠軸承支撐陀螺、液浮陀螺、氣浮陀螺、靜電陀螺等;新型振動陀螺儀:音叉陀螺、半球諧振陀螺、微機電陀螺(MEMS)等;光電類陀螺儀(以光學Sagnac效應測量運載體旋轉(zhuǎn)運動為基礎(chǔ));激光陀螺、光纖陀螺、原子干涉陀螺、集成光學陀螺等;機電式:高速旋轉(zhuǎn)的機械轉(zhuǎn)子,高速轉(zhuǎn)子容易產(chǎn)生質(zhì)量不平衡,容易受到加速度的影響;啟動時間較長,且需要一定的預熱時間;MEMS陀螺儀是利用 coriolis 定理,將旋轉(zhuǎn)物體的角速度轉(zhuǎn)換成與角速度成正比的直流電壓信號。實時慣導使用方法