Гироскоп и его свойства

Гироскоп – быстро вращающееся симметричное тело, ось вращения которого может изменять свое положение в пространстве.

Технический гироскоп представляет собой гиромотор, который вращает массивное тело (ротор мотора). Гиромотор может быть электрическим трехфазным асинхронным двигателем, либо пневматическим гиромотором, который вращается под действием струи воздуха.

Гиромотор закрепляется с помощью 2-х рамок: внутренней и внешней, которые образуют кардановый подвес.

Рис. 25 Гироскоп с тремя степенями свободы

1 – ротор; х–х – ось собственного вращения; 2 – внутренняя рама карданова подвеса; 3 – внешняя рама карданова подвеса; у–у – внутренняя ось подвеса; z–z – внешняя ось подвеса

Свойства гироскопа с 3 степенями свободы:

1. Если на гироскоп не действуют внешние силы и моменты, то он сохраняет свое положение неизменным в мировом пространстве.

2. Кратковременные силы и моменты (удары, вибрация) не влияют на положение главной оси гироскопа, а лишь вызывают быстро затухающие нутационные колебания.

3. Под действием постоянного внешного момента М_ВН, действующего на гироскоп, гироскоп прецессирует, т.е. его главная ось меняет свое положение, в сторону, чтобы по кратчайшему расстоянию совместить вектор угловой скорости собственного вращения с вектором М_ВН. Скорость прецессии гироскопа ω_ПР прямо пропорциональна внешнему моменту М_ВН и обратно пропорциональна кинетическому моменту Н.

,

где Н = J Ω;

Ω – скорость вращения ротора гироскопа;

J – момент инерции ротора относительно оси вращения.

Чем больше кинетический момент, тем сильнее препятствует гироскоп действию внешних сил и моментов.

Для увеличения кинетического момента нужно увеличить скорость вращения (она обычно составляет 22 10³ – 23 10³ об/мин) и увеличить размеры и массу вращающегося тела.

Во время прецессии гироскопа силами инерции создается гироскопический момент М_Г, пропорциональный ω; и Н, причем гироскопический момент равен внешнему моменту и противоположно ему направлен: М_Г = - М_ВН.