гироскопическое устройство (См. Гироскопические устройства), содержащее т. и. интегрирующий гироскоп, который служит для определения интеграла от воздействующей на него величины. Различают Г. и. угловой скорости и Г. и. линейных ускорений.

Г. и. угловой скорости служит для определения угла поворота объекта. Наиболее совершенным является поплавковый Г. и. (рис. 1). Ротор 1 гироскопа установлен в рамке 2, представляющей собой поплавок цилиндрической формы; ось Oy (Oη) вращения поплавка установлена в подшипниках, расположенных в корпусе 4 прибора, имеющего также цилиндрическую форму. Зазор 5 между поплавком и корпусом, а также всё свободное пространство внутри корпуса заполнено жидкостью с большой плотностью. Указанная система образует жидкостный подвес. Подъёмная сила жидкости должна быть равна весу гироузла; при этом подшипники 3 подвеса оказываются практически полностью разгруженными; жидкость в зазоре между цилиндрическими поверхностями поплавка и корпуса прибора обеспечивает демпфирование, момент которого пропорционален угловой скорости вращения поплавка. Применение жидкостного подвеса частично предохраняет ось подвеса (ось вращения поплавка) от воздействия на неё вибраций, ударов и др. В приборе предусмотрено автоматическое регулирование температуры, что необходимо для поддержания постоянства плотности и вязкости жидкости, а также постоянства положения центра тяжести поплавкового гироузла и центра давления жидкости относительно оси вращения гироузла.

При повороте объекта вокруг оси Oζ, (входная ось или ось чувствительности) с угловой скоростью ω_ζ возникает гироскопический момент Hω_ζ, где Н - кинетический момент гироскопа, вызывающий вращение поплавка (рамки) вокруг оси Oη (выходная ось) с угловой скоростью β (где β - угол поворота поплавка). При этом на поплавок начинает действовать момент демпфирования bβ (b - коэффициент демпфирования), уравновешивающий гироскопический момент. Равенство bβ=Hω_ζ после интегрирования даёт bβ=Hα, что позволяет по углу β поворота поплавка вокруг оси Oη, снимаемого с датчика 6, определять искомый угол поворота α объекта вокруг оси Οζ.

Поплавковый Г. и. является прецизионным прибором. Основные достоинства двухстепенных поплавковых Г. и. состоят в высокой точности (собственный уход - десятые и сотые доли градуса в 1 ч); малой подверженности вибрационным, ударным и др. возмущающим воздействиям; возможности использования для решения широкого класса задач, возлагаемых на гироскопические устройства. Поплавковые Г. и. применяются в гироскопах направления, гировертикалях, системах гироскопической стабилизации, используемых на различных летательных аппаратах и кораблях.

Г. и. линейных ускорений служит для определения составляющей линейной скорости центра тяжести объекта вдоль заданного направления. Г. и. представляет собой Гироскоп с тремя степенями свободы, центр тяжести которого смещен относительно точки подвеса. Вследствие этого Г. и. чувствителен к поступательным ускорениям объекта, т.к. возникающий при этом момент сил инерции вызывает прецессию гироскопа с угловой скоростью, пропорциональной указанному моменту, т. е. величине ускорения объекта. Тогда угол прецессии будет пропорционален линейной скорости объекта, что позволяет, измерив этот угол, найти искомую скорость.

Г. и. реагирует на кажущееся ускорение объекта, т. е. на разность между абсолютным ускорением объекта и гравитационным ускорением (ускорением силы тяготения). Вследствие этого показания прибора пропорциональны интегралу от кажущегося ускорения, т. е. кажущейся скорости. На рис. 2 приведена принципиальная схема Г. и. с трёхстепенным неуравновешенным (тяжёлым) гироскопом гиромаятникового типа. Ротор 1, установленный в гирокамере 2, статически неуравновешен относительно оси качания O'x' в наружном кардановом кольце (рамке) 3; относительно оси Oη (Оу) вращения рамки система полностью уравновешена. Для обеспечения перпендикулярности оси Oz гироскопа к оси Oη (Оу) служит система коррекции, состоящая из контактного приспособления 4 и управляемого им стабилизирующего двигателя 5.

Г. и. реагирует на составляющую ω линейного ускорения объекта вдоль оси Oη. Показания Г. и. (величина линейной скорости объекта), пропорциональные углу α поворота рамки 3, снимаются с потенциометра 6. Если ось Oη (Оу), совпадающая с продольной осью объекта, горизонтальна, то из формулы для угловой скорости прецессии наружной рамки после интегрирования получается

где v₀ - начальная скорость вдоль оси Oη, Н- кинетический момент гироскопа; т - масса ротора и гирокамеры; 1 - смещение вдоль оси Oz центра тяжести ротора и гирокамеры относительно точки подвеса; v - искомая составляющая скорости объекта вдоль оси Oη, которая и определяется по значению угла, снимаемого с потенциометра 6.

Если объект движется под углом к плоскости горизонта (в частности, вертикально), то для определения скорости v объекта из угла α следует вычесть тот угол, на который повернётся рамка под действием силы тяготения.

Г. и. линейных ускорений применяются главным образом в ракетной технике. Возможно применение Г. и. в гироинерциальной вертикали (см. Гировертикаль), где он заменяет акселерометр и интегратор.

А. Ю. Ишлинский, С. С. Ривкин.

Рис. 1. Схема поплавкового гироскопического интегратора: а - упрощенная принципиальная; б - кинематическая; 1 - ротор; 2 - рамка (поплавок); 3 - подшипники; 4 - корпус прибора; 5 - зазор между корпусом и поплавком; 6 - датчик угла; 7 - датчик моментов; Охуz - оси, связанные с рамкой (поплавком); Oξηζ - оси системы отсчёта.

Рис. 2. Принципиальная схема гироскопического интегратора линейных ускорений: 1 - ротор; 2 - гирокамера; 3 - наружное карданово кольцо (рамка); 4 - контактное приспособление; 5 - стабилизирующий двигатель; 6 - потенциометр; Oξηζ - оси системы отсчёта; Oxyz - оси, связанные с гирокамерой.

то же, что Интегрирующее устройство.

см. ГИРОСКОП.

используемый для автоматического регулирования устойчивости прибор с диском и свободной осью, всегда сохраняющей неизменное положение.

навигационный прибор, основным элементом которого является быстро вращающийся ротор, закрепленный так, что ось его вращения может поворачиваться. Три степени свободы (оси возможного вращения) ротора гироскопа обеспечиваются двумя рамками карданова подвеса. Если на такое устройство не действуют внешние возмущения, то ось собственного вращения ротора сохраняет постоянное направление в пространстве. Если же на него действует момент внешней силы, стремящийся повернуть ось собственного вращения, то она начинает вращаться не вокруг направления момента, а вокруг оси, перпендикулярной ему (прецессия).

В хорошо сбалансированном (астатическом) и достаточно быстро вращающемся гироскопе, установленном на высокосовершенных подшипниках с незначительным трением, момент внешних сил практически отсутствует, так что гироскоп долго сохраняет почти неизменной свою ориентацию в пространстве. Поэтому он может указывать угол поворота основания, на котором закреплен. Именно так французский физик Ж.Фуко (1819-1868) впервые наглядно продемонстрировал вращение Земли. Если же поворот оси гироскопа ограничить пружиной, то при соответствующей установке его, скажем, на летательном аппарате, выполняющем разворот, гироскоп будет деформировать пружину, пока не уравновесится момент внешней силы. В этом случае сила сжатия или растяжения пружины пропорциональна угловой скорости движения летательного аппарата. Таков принцип действия авиационного указателя поворота и многих других гироскопических приборов. Поскольку трение в подшипниках очень мало, для поддержания вращения ротора гироскопа не требуется много энергии. Для приведения его во вращение и для поддержания вращения обычно бывает достаточно маломощного электродвигателя или струи сжатого воздуха.

Применение. Гироскоп чаще всего применяется как чувствительный элемент указывающих гироскопических приборов и как датчик угла поворота или угловой скорости для устройств автоматического управления. В некоторых случаях, например в гиростабилизаторах, гироскопы используются как генераторы момента силы или энергии. См. также МАХОВИК
.

Основные области применения гироскопов - судоходство, авиация и космонавтика (см. ИНЕРЦИАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ). Почти каждое морское судно дальнего плавания снабжено гирокомпасом для ручного или автоматического управления судном, некоторые оборудованы гиростабилизаторами. В системах управления огнем корабельной артиллерии много дополнительных гироскопов, обеспечивающих стабильную систему отсчета или измеряющих угловые скорости. Без гироскопов невозможно автоматическое управление торпедами. Самолеты и вертолеты оборудуются гироскопическими приборами, которые дают надежную информацию для систем стабилизации и навигации. К таким приборам относятся авиагоризонт, гировертикаль, гироскопический указатель крена и поворота. Гироскопы могут быть как указывающими приборами, так и датчиками автопилота. На многих самолетах предусматриваются гиростабилизированные магнитные компасы и другое оборудование - навигационные визиры, фотоаппараты с гироскопом, гиросекстанты. В военной авиации гироскопы применяются также в прицелах воздушной стрельбы и бомбометания.

Гироскопы разного назначения (навигационные, силовые) выпускаются разных типоразмеров в зависимости от условий работы и требуемой точности. В гироскопических приборах диаметр ротора составляет 4-20 см, причем меньшее значение относится к авиационно-космическим приборам. Диаметры же роторов судовых гиростабилизаторов измеряются метрами.

См. также: