一、现在船上用陀螺仪吗?答案是肯定的 陀螺仪器最早是用于航海导航,但随着科学技术的发展,它在航空和航天事业中也得到广泛的应用。 陀螺仪器不仅可以作为指示仪表,而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件,即可作为信号传感器。 根据需要,陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号,以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行,而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中,则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。 作为稳定器,陀螺仪器能使列车在单轨上行驶,能减小船舶在风浪中的摇摆,能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。 二、军舰里有没有陀螺仪有陀螺仪!! 船舶上使用陀螺仪的地方一般有两个: 一种是陀螺罗经,利用陀螺仪定轴性的特点,在结构上稍加改变,形成陀螺摆,陀螺摆可以用于自动寻北,原理比较麻烦,你可以简单地理解成陀螺一转,转子轴的指向就不发生变化了,可以指定方向,但实际原理比这个复杂些,牵扯到陀螺进动性等等。 另一种是船用陀螺稳定系统,利用定轴性对抗海浪,减轻船的晃动。 三、陀螺仪,什么意思陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。陀螺仪在手机上的应用: 1、陀螺仪自被发明开始,就用于导航,先是德国人将其应用在V1、V2火箭上,因此,如果配合GPS,手机的导航能力将达到前所未有的水准。实际上,很多专业手持式GPS上也装了陀螺仪,如果手机上安装了相应的软件,导航能力绝不亚于很多船舶、飞机上用的导航仪。还可以实现GPS的惯性导航:当汽车行驶到隧道或城市高大建筑物附近,没有GPS讯号时,可以通过陀螺仪来测量汽车的偏航或直线运动位移,从而继续导航。 2、可以和手机上的摄像头配合使用,比如防抖,在拍照时的维持图像的稳定,防止由于手的抖动对拍照质量的影响。在按下快门时,记录手的抖动动作,将手的抖动反馈给图像处理器,可以让手机捕捉到更清晰稳定的画面。 3、各类游戏的传感器,比如飞行游戏,体育类游戏,甚至包括一些第一视角类射击游戏,陀螺仪完整监测游戏者手的位移,从而实现各种游戏操作效果。有关这点,想必用过任天堂WII的网友会有很深的感受。 4、可以用作输入设备,陀螺仪相当于一个立体的鼠标,这个功能和第三大用途中的游戏传感器很类似,甚至可以认为是一种类型。通过小幅度的倾斜,偏转手机,实现菜单,目录的选择和操作的执行。(比如前后倾斜手机,实现通讯录条目的上下滚动;左右倾斜手机,实现浏览页面的左右移动或者页面的放大或缩小。) 5、也是未来最有前景和应用范围的用途。那就是可以帮助手机实现很多增强现实的功能。增强现实是才冒出的概念,和虚拟现实一样,是计算机的一种应用。大意是可以通过手机或者电脑的处理能力,让人们对现实中的一些物体有更深入的了解。如果大家不理解,举个例子,前面有一个大楼,用手机摄像头对准它,马上就可以在屏幕上得到这座大楼的相关参数,比如楼的高度,宽度,海拔,如果连接到数据库,甚至可以得到这座大厦的物主、建设时间、现在的用途、可容纳的人数等等。 四、陀螺仪的稳定性是怎么应用到船舶上的哈哈,船舶上使用陀螺仪的地方一般有两个: 一种是陀螺罗经,利用陀螺仪定轴性的特点,在结构上稍加改变,形成陀螺摆,陀螺摆可以用于自动寻北,原理比较麻烦,你可以简单地理解成陀螺一转,转子轴的指向就不发生变化了,可以指定方向,但实际原理比这个复杂些,牵扯到陀螺进动性等等。 另一种是船用陀螺稳定系统,利用定轴性对抗海浪,减轻船的晃动。 作答完毕,希望有所帮助。 五、陀螺仪问题?陀螺仪(gyroscope)用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。应用学科:船舶工程(一级学科);船舶通信导航(二级学科) 当转子对自转轴的转动惯量为I,自转角速度为ω时,则转子的自转动量矩为L=Iω。假定支架轴承都绝对光滑,基座不能通过这些轴承把外力矩传给转子,且内、外两框环的质量可忽略不计。于是,由动量矩守恒可知,均衡陀螺仪的转子轴将能借惯性而在惯性空间保持不变方向。假如用某种方式给转子以冲击性外力矩,使动量矩L获得横向增量 且 则新动量矩矢将偏转一个小角 冲击还使转子轴的方向产生同一数量级的改变,但新的角速度方向已和新的动量矩方向不一致。冲击后,转子轴将紧靠新动量矩L+△L的方向作微幅高频的抖动(章动),其幅度与ω成反比,而频率则与ω成正比。由于ω很大,这种抖动实际上是不易察觉的,所以可认为冲击并未明显改变转子轴的方向,即高速自转均衡陀螺仪的转子轴具有抗冲击的能力,这种特性称为定轴性。但是,如果转子没有自转,那么任何微小冲击将使转子轴获得角速度,而此后将按这个方向无限制地偏离下去。 如果沿内环轴持久地施加外力矩M,由于存在自转动量矩L,转子不会沿M方向绕内环轴转动,而绕十字交叉轴(即外环轴)以某一角速度Ω持久地转动(旋进),如图2。由动量矩定理可以证明,旋进角速度Ω的大小反比于自转角速度ω的大小,即 式中θ为ω和Ω的交角。其次,由作用与反作用定律可知,转子对外力矩M的施加者有反作用力矩K=-M。这个力矩称为陀螺反抗力矩或陀螺力矩,其大小为: K=ΩL sinθ=IωΩ sinθ=M, 方向与M相反。K是科里奥利(惯性)力的矩。陀螺仪转子还有其他惯性力矩。当旋进非匀速时,角加速度和转子对旋进轴的转动惯量的乘积冠以负号,称为单轴转动惯性力矩,它和陀螺力矩的大小属同一数量级。 图3 在外力矩作用下内外环的运动 陀螺运动的近似微分方程组 用A表示转子连同内、外环一起对外环轴的转动惯量,A表示转子连同内环对内环轴的转动惯量。α、β分别是外环和内环的转角,且β由两环相垂直的位置(标记为N)算起(图3),当外力矩引起的内、外环旋进角速度 都是小量,其平方项和乘积项都可忽略时,则各轴的外力矩(包括轴承中摩擦引起的力矩)和起决定性作用的惯性力矩可归纳如下表: 其他惯性力矩都是 的二阶或更高阶小项,因而都可以不计。 由达朗伯原理可以立即写出陀螺仪转子轴绕外环和内环旋进的近似微分方程组: 绕转子轴的自转角速度(ω+sinβ)由外力矩维持不变。 式(2)可以看成转子-内环纽合体相对于外环的转动方程。如果外环不转,即 则 就是按牛顿定律形式直接写出的转动方程。现在由于环转动而增加了修正项 此陀螺力矩对转子的相对运动有表观作用。可以看出,在此相对运动中,陀螺力矩有使自转轴按最短途径向旋进轴转动的趋势。 式(1)中也出现了陀螺力矩 这个力矩是转子给予内环的惯性反抗,因此,对于转子-内环-外环的组合来说,就和外力矩一样(惯性力不服从作用反作用定律,转子本身不因这个陀螺力矩而又受到反作用)(见动静法)。 方程(1)和(2)也可以应用于二自由度陀螺仪,如二自由度陀螺仪是由外环固定后构成的,则在方程组中应 从而式(2)就和转子无自转时的单轴转动微分方程一样-式(1)可用来确定外力矩M,它等于陀螺力矩 上述近似理论足以解释高速自转陀螺仪的全部动力学特性。地球作为一个陀螺,它的姿态摄动也可以由此得到说明(见刚体定点转动解法)。 原理 陀螺仪的原理就是,一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改变的。人们根据这个道理,用它来保持方向,制造出来的东西就叫做陀螺仪。陀螺仪在工作时要给它一个力,使它快速旋转起来,一般能达到每分钟几十万转,可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向,并自动将数据信号传给控制系统。 在现实生活中,陀螺仪发生的进给运动是在重力力矩的作用下发生的。 特性 陀螺仪被广泛用于航空、航天和航海领域。这是由于它的两个基本特性:一为定轴性(inertia or rigidity),另一是进动性(precession),这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。 定轴性 当陀螺转子以高速旋转时,在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时,陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变,即指向一个固定的方向;同时反抗任何改变转子轴向的力量。这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。其稳定性随以下的物理量而改变: 陀螺仪图册 1.转子的转动惯量愈大,稳定性愈好; 2.转子角速度愈大,稳定性愈好。 所谓的“转动惯量”,是描述刚体在转动中的惯性大小的物理量。当以相同的力矩分别作用于两个绕定轴转动的不同刚体时,它们所获得的角速度一般是不一样的,转动惯量大的刚体所获得的角速度小,也就是保持原有转动状态的惯性大;反之,转动惯量小的刚体所获得的角速度大,也就是保持原有转动状态的惯性小。 进动性 当转子高速旋转时,若外力矩作用于外环轴,陀螺仪将绕内环轴转动;若外力矩作用于内环轴,陀螺仪将绕外环轴转动。其转动角速度方向与外力矩作用方向互相垂直。这种特性,叫做陀螺仪的进动性。进动角速度的方向取决于动量矩H的方向(与转子自转角速度矢量的方向一致)和外力矩M的方向,而且是自转角速度矢量以最短的路径追赶外力矩。如右图。 进动方向图册 这可用右手定则判定。即伸直右手,大拇指与食指垂直,手指顺着自转轴的方向,手掌朝外力矩的正方向,然后手掌与4指弯曲握拳,则大拇指的方向就是进动角速度的方向。 进动角速度的大小取决于转子动量矩H的大小和外力矩M的大小,其计算式为进动角速度ω=M/H。 进动性的大小也有三个影响的因素: 1.外界作用力愈大,其进动角速度也愈大; 2.转子的转动惯量愈大,进动角速度愈小; 3.转子的角速度愈大,进动角速度愈小。 |
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