Гіроскопічний момент
Уявімо ротор гіроскопа, що обертається з великою кутовою швидкістю ΩZ навколо осі Z.
ВеличинуJZΩ = Ну техніці іноді називаютькінетичним моментом гіроскопа,а в прикладній теорії гіроскопів -власним кінетичним моментом .
При обертанні твердого тіла, що володіє моментом інерції J, навколо якоїсь осі з кутовою швидкістю Ω твір JΩ називаютьмоментом кількості руху тіла.Зокрема, власний кінетичний момент гіроскопа, рівний JZΩZ, є моментом кількості руху ротора .
Цей інерційний момент називається гіроскопічним.
Гіроскопічний момент завжди спрямований так, що прагне поєднати вектор кутової швидкості ΩZвласного обертання ротора гіроскопа з вектором кутової швидкості Ωe переносного його обертання.Це правило справедливе для будь-якого напрямки кутової швидкості ΩZ власного обертання ротора гіроскопа та напрямки вектора переносного обертання Ωe.
З проявами гіроскопічного моменту часто доводиться зустрічатися в техніці. Дія гіроскопічного моменту гвинта на літак льотчику доводиться компенсувати за допомогою органів управління. Гіроскопічні моменти, що виникають при обертанні валу турбіни реактивного двигуна під час віражу літака, додатково навантажують підшипники валу турбіни і вимагають додаткового відхилення органів управління.
Дія таких гіроскопічних приладів, як датчиків кутової швидкості, заснована на вимірюванні гіроскопічного моменту, що виникає при кутових поворотах вектора Н власного кінетичного моменту ротора, що швидко обертається.
Деякі відомості про гіроскоп
В авіаційних приладах гіроскоп називають ротор (маховик), швидкообертається навколо осі симетрії та має більше одного ступеня свободи.
Степенею свободи називаєтьсяздатність гіроскопа обертатися або повертатися навколо якоїсь осі. Число ступенів свободи залежить від типу підвісу, який поміщений гіроскоп.
Одноступеневий гіроскоп має один ступінь свободи - обертання навколо головної осі (осі симетрії ротора). Двостепеневий і трехстепенний гіроскопи крім обертання навколо головної осі мають можливість повертатися відповідно навколо однієї або двох додаткових взаємноперпендикулярних осей.
Ротор двоступеневого гіроскопа (див. рис. 60), крім обертання навколо головної осі - «х-х», може повертатися разом з рамою підвісу, відносно корпусу приладу, в якому встановлений гіроскоп, навколо горизонтальної осі «у-у».
Якщо повертати корпус приладу навколо вертикальної осі «z-z», то з'явиться так званий гіроскопічний момент, під дією якого ротор гіроскопа, що швидко обертається, разом з рамою повернеться навколо осі «у-у». Ця властивість двоступеневого гіроскопа використовується для створення приладу-покажчика повороту.
Свобода обертання триступеневого гіроскопа (див. рис. 61) забезпечується карданним підвісом, який складається з двох взаємноперпендикулярних рамок.
Ротор гіроскопа, розташований у внутрішній рамці, може окрім обертання навколо головної осі "х-х" повертатися разом з рамками навколо осей "у-у" та "z-z" щодо корпусу приладу.
Якщо до головної осі гіроскопа, що швидко обертається, прикласти силуF1, що прагне повернути його разом з внутрішньою рамкою навколо осі «у—у», то в рух прийде зовнішня рамка, яка повертатиме головну вісь гіроскопа навколо осі «z-z», тобто в напрямку, перпендикулярномудії прикладеної сили.
Так само поводитиметься гіроскоп, якщо докласти сили, що прагне повернути головну вісь гіроскопа разом із зовнішньою рамкою навколо осі «z—z». У цьому випадку рух осі гіроскопа (разом із внутрішньою рамкою) відбуватиметься навколо осі «у-у».
Властивість триступеневого гіроскопа здійснювати рух у напрямку, перпендикулярному до дії прикладеної сили, називаєтьсяпрецесією.
Кутова швидкість прецесії визначається часом дії сили, та її величиною. Після припинення дії сили прецесія припиняється миттєво.
Якщо на гіроскоп не діють ніякі зовнішні сили, то кутова швидкість прецесії дорівнюватиме нулю і такий гіроскоп збереже незмінним становище своєї головної осі в просторі. Як би не повертався корпний прилад, де встановлений триступеневий гіроскоп, рамки карданного підвісу обкатуватимуться навколо ротора, напрямок осі якого зберігається колишнім.
Гіроскоп, на який не діють жодні зовнішні сили, називаєтьсявільним. Властивість вільного гіроскопа зберігати напрямок своєї головної осі незмінним у просторі, поряд з безінерційністю руху гіроскопа, а також нечутливість його до короткочасних ударних навантажень визначають широке використання триступеневого, гіроскопа в таких приладах, як авіагоризонти, гірополукомпаси та ін.
Слід проте відзначити, що гіроскоп, що застосовується в авіаприладах, внаслідок наявності деякої незбалансованості і під дією сил тертя весь час прецесує — «іде» із заданого положення, хоча і з дуже невеликою кутовою швидкістю. Крім того, по відношенню до землі, внаслідок її добового обертання, такий гіроскоп змінюватиме своє становище, роблячи так зване здаєтьсярух. Тому у вказаних авіаприладах для компенсації «догляду» гіроскопа застосовуються спеціальні корекції.