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惯性制导的陀螺仪

归档日期:09-04       文本归类:惯性制导      文章编辑:爱尚语录

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  陀螺仪已成为现代兵器惯性制导系统中的核心部件. 在希腊文中,“陀螺”一词的原意为“旋转指示器”。在现代科学技术中,不论基于何种原理,凡能感测旋转状态的任何装置,一般都可称之为陀螺仪。关于陀螺运动的基础理论研究大约是从18 世纪开始的。早期采用的是根据回转仪原理设计的机械陀螺,后来出现了机电式惯性陀螺。在第一次世界大战中,美国海军首先研制成功陀螺导航仪,并相继推广应用于航海和航空事业中。20 世纪初出现了飞机陀螺稳定器和自动驾驶仪。近年来,随着光电技术的迅猛发展,集光、机、电一体化的光电惯性陀螺及利用光电技术加工的新型惯性陀螺(如激光陀螺、光纤陀螺、半球谐振陀螺、石英音叉陀螺等) ,正不断地发展并广泛应用于军事领域。

  坦克、装甲等战车上的铁制物和电磁系统较多,通常指南针会受到影响因而难以发挥作用。如果在车辆开始行进时, 将陀螺仪的高速转轴放置在南北方向,则由于陀螺仪的定轴性,在车辆行进过程中,无论车身如何转动,陀螺仪的高速转轴都会稳定地指向当地的南北方向。车辆的纵轴与陀螺仪高速转轴的夹角即为航向角,根据其大小即可确定方向,并通过电子系统控制车辆的前进。前苏联最早即在自行高炮和萨姆导弹的发射车上装置了陀螺仪。对于空中的飞行器(如飞机、火箭、导弹等) ,飞行过程中的方向和姿态可以用三个角度来描述:飞行器头部的上仰下俯(即飞行器绕垂直于飞行方向的水平轴的旋转), 可用俯仰角来表示;飞行器头部左右的摆动(即绕铅直轴的转动),可用偏航角来表示;飞行器绕其本身纵向轴线的转动,可用侧滚角来表示。测出这三个角度至少要用两个陀螺仪,即绕铅直和水平轴转动的两个陀螺仪。 由于高速转子的定轴性,无论飞行器如何运动,两轴线的方向都保持不变,因此两轴线可分别作为铅直和水平基准线。上述三个角度可分别通过陀螺仪的内、外框架与相应轴线、基座之间的夹角测得. 例如飞行器的侧滚角和俯仰角可根据以铅直基准线为转轴的陀螺仪测出,偏航角可以根据以水平基准线为转轴的陀螺仪

  测出,将测出的信号传送给计算机系统,就能发出指令,随时纠正飞行器飞行的方向和姿态。 惯性系统;平台式惯性系统是在飞行器内将一个金属平台固定在高质量的常平架上,当飞行器俯仰或偏航时,陀螺和伺服控制系统使稳定平台总是保持在原有的空间方位上。 由于捷联式惯性制导是将信号直接输入计算机,因而能降低造价,提高可靠性,故目前的惯性系统多采用捷联式惯性制导。 而对于导航精度要求较高的武器系统(如运载火箭、发射弹道导弹的核潜艇、洲际导弹、巡航导弹等) ,常应用陀螺平台惯性系统。

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