18世紀(jì)歐拉建立的動(dòng)力學(xué)方程和歐拉運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,為陀螺運(yùn)動(dòng)的理論奠定了基礎(chǔ)。但是制造出一個(gè)實(shí)用的陀螺卻經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的探索。19世紀(jì)中期,隨著鋼制外殼船舶的出現(xiàn),原來所用的磁羅盤不再適用,因而用陀螺導(dǎo)航的要求日益迫切。在第一次世界大戰(zhàn)中,美國(guó)海軍制成了陀螺導(dǎo)航儀,并很快被其他國(guó)家所采用。隨著航海和航空事業(yè)的發(fā)展,陀螺儀已成為不可缺少的精密導(dǎo)航儀器。20世紀(jì)初出現(xiàn)了飛機(jī)的陀螺穩(wěn)定器和自動(dòng)駕駛儀。但直到1940年后,陀螺羅盤才完全代替了磁羅盤,1950年出現(xiàn)了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。
不論制造得多么精密的陀螺,要完全消除軸承的摩擦力并使質(zhì)心和支點(diǎn)重合是不可能的,因而就會(huì)產(chǎn)生外加干擾力矩的作用,引起陀螺轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸的緩慢進(jìn)動(dòng),稱為陀螺漂移。這時(shí)的進(jìn)動(dòng)角速度稱為漂移角速度。陀螺漂移角速度的大小是衡量陀螺精度高低的標(biāo)志。為最大限度地減少漂移,近代陀螺的研究課題主要是如何實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾力矩的支承。主要途徑是用電場(chǎng)力來代替支架,實(shí)現(xiàn)無(wú)支承懸浮。如果轉(zhuǎn)子是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的球形,則電場(chǎng)力通過其中心,從而實(shí)現(xiàn)無(wú)摩擦的懸浮。另一個(gè)途徑是用磁場(chǎng)力來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的懸浮,但要求轉(zhuǎn)子必須是用超導(dǎo)體制造的,才能使磁力線垂直于球形轉(zhuǎn)子的表面且不穿透它的表面。這就是近代電陀螺和磁陀螺的基本設(shè)想。
由于陀螺具有定軸性、進(jìn)動(dòng)性等力學(xué)特性(見陀螺力學(xué)),因而可制成陀螺儀、陀螺穩(wěn)定器,導(dǎo)航平臺(tái)等裝置,用于不同的工程技術(shù)領(lǐng)域。從力學(xué)上看,陀螺的含義更為廣泛。高速自旋的炮彈在飛行中并無(wú)固定點(diǎn),但其相對(duì)質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)就是典型的陀螺運(yùn)動(dòng),依靠了陀螺的穩(wěn)定性才不致翻跟斗。
高速自轉(zhuǎn)的三自由度陀螺的自轉(zhuǎn)軸具有穩(wěn)定性,這就是陀螺運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性,是陀螺運(yùn)動(dòng)的又一個(gè)力學(xué)特性。
大型電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)軸受到軸承約束,但在轉(zhuǎn)軸變形時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)軸可在空間改變方向,伴隨產(chǎn)生的陀螺效應(yīng)將改變轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。地球繞南北極軸自轉(zhuǎn),自轉(zhuǎn)角速度極為緩慢,但因自轉(zhuǎn)動(dòng)量矩十分巨大,因此地球也是一個(gè)內(nèi)充液體外帶氣圈的大陀螺。地球南北極軸在星空的指向也以25,800年為周期緩慢改變,稱為歲差。航天器為了穩(wěn)定與控制自己的姿態(tài)運(yùn)動(dòng),常在內(nèi)部安裝動(dòng)量飛輪(一個(gè)或三個(gè)),稱為陀螺體衛(wèi)星。因此,只要能繞某軸轉(zhuǎn)動(dòng),而此軸又可繞某匯交軸轉(zhuǎn)動(dòng)的剛體或準(zhǔn)剛體,一般都可稱為陀螺。
使陀螺的轉(zhuǎn)子作慣性轉(zhuǎn)動(dòng)的陀螺儀可實(shí)現(xiàn)慣性導(dǎo)航。但是由于地球本身的自轉(zhuǎn),這種陀螺的轉(zhuǎn)軸并不指向地球上的某個(gè)固定方向。用于導(dǎo)航上的陀螺它的自轉(zhuǎn)軸應(yīng)一直指向北方,因此必須給陀螺加上一個(gè)同地球的自轉(zhuǎn)角速度相等的進(jìn)動(dòng)角速度,并使外環(huán)軸和轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)軸永遠(yuǎn)處于子午面內(nèi)。這種始終指向地球北方的陀螺裝置稱為陀螺羅盤。同樣也可以制造用于表征飛機(jī)姿態(tài)的各種專用陀螺。
經(jīng)過國(guó)防科技大學(xué)43年的艱苦攻關(guān),中國(guó)成為世界上第四個(gè)能獨(dú)立研制激光陀螺的國(guó)家。從1971年,中國(guó)國(guó)防大學(xué)開始激光陀螺的研究工作,以高伯龍?jiān)菏繛槭椎睦弦惠吋す馔勇菅芯繄F(tuán)隊(duì)成員克服重重困難。經(jīng)過兩代人4...
1960年美國(guó)Duwez教授發(fā)明用快淬工藝制備非晶態(tài)合金為始。其間,非晶軟磁合金的發(fā)展大體上經(jīng)歷了兩個(gè)階段:第一個(gè)階段從1967年開始,直到1988年。1984年美國(guó)四個(gè)變壓器廠家在IEEE會(huì)議上展示...
光纖陀螺成本低、維護(hù)簡(jiǎn)便,正在許多已有系統(tǒng)上替代機(jī)械陀螺,從而大幅度提高系統(tǒng)的性能、降低和維護(hù)系統(tǒng)成本。現(xiàn)在,光纖陀螺已充分發(fā)揮了其質(zhì)量輕、體積小、成本低、精度高、可靠性高等優(yōu)勢(shì),正逐步替代其他型陀螺...
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自由潛水發(fā)展簡(jiǎn)史 第一章 前言 科學(xué)家已經(jīng)開始相信,人類花了數(shù)百萬(wàn)年時(shí)間進(jìn)化發(fā)展成為半水生的物種存在。所謂半水生的 物種不是神話里描述的古怪長(zhǎng)腮的人魚,而是適應(yīng)水中環(huán)境的猿類。人類聰明的祖先會(huì)在淺水中直 立行走,以便于呼吸和逃避陸地上的捕食者,同時(shí)用雙手收集水中豐富的易于收獲的食物,比如貝 殼和海膽, 這些食物中富含蛋白質(zhì)和油脂, 有助于促進(jìn)大腦發(fā)育。 [1] 1960 年,海洋生物學(xué)家 Alister Hardy 提出水生猿 假說( AAH- aquatic ape hypothesis or AAT - aquatic ape theory )[2]“水 生猿”的理論可以解釋我們的皮下脂肪層的保暖作用; [3]手指在水中浸泡一段時(shí)間后產(chǎn)生褶皺,有 利于在水下更好的抓握動(dòng)作;以及著名的“ 哺乳動(dòng)物潛水反射( MDR)”。 [4]這種本能可以讓我們 在水中潛的更深、更
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酒鋼發(fā)展簡(jiǎn)史 〔一〕1955年4月 ---1958年8月.領(lǐng)袖指示尋鐵山艱難開拓. 1955年2月27日, 毛主席在中南海召開最高國(guó)務(wù)院會(huì)議上 說:全國(guó)六大區(qū)都應(yīng)有鋼鐵基地,目前只要西北還沒有,使我難以安 枕.我盼望老李〔地質(zhì)部長(zhǎng)李四光〕長(zhǎng)工〔地質(zhì)副部長(zhǎng)何長(zhǎng)工〕和同 志們能在兩三年內(nèi)給我一個(gè)好消息! 1955年4月西北地質(zhì)局, 特 別是鏡鐵山地質(zhì)隊(duì)〔645隊(duì)〕艱苦卓越的努力下,發(fā)現(xiàn)黑溝,鏡鐵 山鐵礦,以及發(fā)現(xiàn)4 .2億噸鐵礦資源的儲(chǔ)備,其中白興明等11名 同志犧牲了年輕的生命. 〔二〕1958年8月 ----1970年7月.兩上兩下命運(yùn)捉弄 酒鋼人.〔1〕1958年1月,冶金部確定了酒鋼大型鋼鐵基地的 廠址和規(guī)模.鞍山黑色冶金設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)當(dāng)時(shí)全國(guó)第2大高爐15 13M31#高爐.鞍山建設(shè)總公司百分之95約30000人整建 制調(diào)往酒鋼,鞍鋼調(diào)了2000多人的技術(shù)骨干和生產(chǎn)工人. 首鋼1 0
即陀螺穩(wěn)定平臺(tái),是一種復(fù)雜的陀螺系統(tǒng),用來穩(wěn)定儀表或設(shè)備的位置和方向。它一般包含兩個(gè)或三個(gè)陀螺儀,分別裝在三個(gè)或四個(gè)框架中,另外附加伺服放大器或伺服電動(dòng)機(jī)。平臺(tái)能給出慣性空間的定向參考,當(dāng)平臺(tái)繞某軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),相應(yīng)的陀螺儀通過傳感器把信號(hào)送給該軸的放大器和電動(dòng)機(jī),使電動(dòng)機(jī)開動(dòng)直到把平臺(tái)轉(zhuǎn)回信號(hào)消除的位置為止。放大器和電動(dòng)機(jī)都必須能在極小的信號(hào)下正常工作。陀螺儀只起傳感器或敏感元件的作用。陀螺平臺(tái)用來穩(wěn)定那些需要精確地定向的儀表和設(shè)備,如測(cè)量?jī)x器、照相機(jī)、天線和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的加速度計(jì),等等。
陀螺傳感器是一切用以測(cè)量轉(zhuǎn)角、角速率,把信號(hào)輸送給自動(dòng)駕駛儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的陀螺元件的總稱。
在應(yīng)用中,為確保陀螺裝置的精確度、靈敏度和可靠性,除了進(jìn)行各種誤差分析并采用相應(yīng)的專門修正措施外,還要盡量降低陀螺儀的漂移。目前已取得成效的有:液浮陀螺,以及氣浮、靜電、磁和超導(dǎo)支承的陀螺,擺式和對(duì)轉(zhuǎn)式支承的陀螺等;還有不用軸承的撓性陀螺、振動(dòng)陀螺等。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),現(xiàn)在已有100種以上的物理現(xiàn)象和相應(yīng)的原理,包括激光、偏振波、核子自旋、放射性同位素等,可以用來觀測(cè)旋轉(zhuǎn)和確定方向。
(陀螺地平儀)
轉(zhuǎn)子軸能維持在鉛直位置的陀螺裝置。最簡(jiǎn)單的是陀螺擺。它是由附在高速自轉(zhuǎn)陀螺轉(zhuǎn)子上的重力擺構(gòu)成的三自由度重力陀螺儀,其轉(zhuǎn)子軸鉛直放置,當(dāng)轉(zhuǎn)子軸偏離鉛直線時(shí)重力產(chǎn)生的力矩使陀螺擺繞鉛直線旋進(jìn)。陀螺的出現(xiàn)使擺的穩(wěn)定性顯著增大。當(dāng)陀螺擺放在劇烈搖擺的船上時(shí),陀螺轉(zhuǎn)子軸仍能維持在鉛直位置。因此可以用來穩(wěn)定軍艦或坦克上火炮的發(fā)射角。
這類陀螺儀本身大都是二自由度的。常見的有速率陀螺儀和積分陀螺儀。速率陀螺儀是用以直接測(cè)定運(yùn)載器角速率的儀表。把均衡陀螺儀的外環(huán)固定在運(yùn)載器上并令內(nèi)環(huán)軸垂直于要測(cè)量角速度的軸,如果考慮運(yùn)載器的轉(zhuǎn)動(dòng)在內(nèi),這種陀螺儀也是三自由度的。當(dāng)運(yùn)載器連同外環(huán)以角速度繞測(cè)量軸旋進(jìn)時(shí),陀螺力矩將迫使內(nèi)環(huán)連同轉(zhuǎn)子一起相對(duì)于運(yùn)載器而旋進(jìn)。這種陀螺儀中有彈簧限制這個(gè)相對(duì)旋進(jìn),而內(nèi)環(huán)的旋進(jìn)角正比于彈簧的變形量。由平衡時(shí)的內(nèi)環(huán)旋進(jìn)角即可求得陀螺力矩和運(yùn)載器的角速率。
積分陀螺儀與速率陀螺儀的不同處只在于用線性阻尼器代替彈簧約束。當(dāng)運(yùn)載器作任意變速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),積分陀螺儀的輸出量是繞測(cè)量軸的轉(zhuǎn)角(即角速度的積分)。這種陀螺儀在遠(yuǎn)距離測(cè)量系統(tǒng)或自動(dòng)控制、慣性導(dǎo)航平臺(tái)中使用較多。
還可以利用旋進(jìn)受限制的三自由度陀螺儀來同時(shí)測(cè)出運(yùn)載器的角速度和角加速度。