Гироскоп: применение в технике

Что такое гироскоп

Гироскоп (gyroscope, гиродатчик) — это устройство, предназначенное для измерения углов ориентации тела / объекта относительно поверхности земли. Он позволяет узнать направление движения объекта, на котором он установлен, угол его наклона / поворота. В каком положении сейчас находится объект, к примеру, смартфон сейчас в горизонтальном, вертикальном или каком-либо другом положении / наклоне.

Сам термин состоит из двух частей — gyreuо (вращаться) и skopeo (смотреть). Впервые использовался в 1 852 году Ж. Фуко в докладе на тему способов экспериментального обнаружения вращения земли в инерциальном пространстве, выступал он с ним в Французской Академии Наук. Сам же прибор был изобретен еще в 1 817 году немецким астроном Иоганном Боненбергером.

Что делает:

• Определяет перемещение объекта в пространстве
• Текущий угол наклона
• Показывает стороны света, прямо как компас
• Дает данные для расчета скорости движения

Обычный роторный гироскоп представляет собой карданный подвес, внутри которого находится вращающееся колесо, шар или диск, ось вращения которого может принимать абсолютно любую ориентацию. При движении / вращении ориентация этой оси не будет зависеть от наклона или поворота карданного подвеса / крепления в соответствии с сохранением углового момента .

Современные гироскопы, которые устанавливаются на смартфоны и различную компьютерную технику представляют собой обычный чип — гироскоп MEMS.

Где используется:

• В навигационных системах
• Смартфонах и планшетах
• Смарт часы
• В геймпадах игровых приставок
• На кораблях, машинах, космических кораблях, летательных аппаратах — вообще транспортных средствах
• В тренажерах
• В системах стабилизации камер

Устройство гироскопа

Существует множество разных видов гироскопов: двух и трехстепенные — они отличаются по степеням свободы или возможным осям вращения. Также они разделяются на механические, лазерные и оптические, что определяет их принцип действия.

Сам прибор обычно представляет собой колесо, установленное на двух или трех карданных шарнирах — они обеспечивают поворотные опоры. Это позволяют колесу вращаться вокруг одной оси.

Рассмотрим самый распространенный — механический роторный гироскоп трехстепенный. Состоит из трех карданов, каждый из которых установлен один на другом с ортогональными осями поворота и колесом по центру. Это позволяет колесу, установленному в самом внутреннем кардане иметь ориентацию, независящую от ориентации его опоры. Т.е. как не крути такой прибор — колесо будет всегда в одном положении — крутиться вокруг определенной оси.

Чтобы понять, как все работает, возьмем детскую игрушку Юлу. Когда она крутится, то всегда в одном положении / вокруг определенной оси, если конечно на нее не действуют внешние силы. Плюс, она обладает устойчивостью, так если ее толкнуть, она вернется в то же положение и будет крутиться в том же положении. Момент, когда юла теряет скорость ее ось вращения начинает напоминать конус / меняет свое направление в пространстве — называет прецессией.

Интересно! Роторные устройства не используются, как датчики, их применяют исключительно в целях стабилизации для различных конструкций и механизмов. К примеру, он используется в гироскопическом тренажере.

Оптические гироскопы работают на основании физического эффекта Саньяка. Он подразумевает, что в инерциальной системе отчетов, скорость света является постоянной. Но, если отправить луч в неинерциальной системе, то его скорость будет изменена. Если пустить траекторию луча через место вращения устройства, то будет задержка в достижении им конечной точки. Полученная разница во времени напрямую зависит от величины углового поворота датчика.

Как уже писалось выше, в электронной технике используются гироскопы-MEMS, маленькие чипы, которые благодаря их размеру можно ставить даже на смарт браслеты. Там они используются вместе с акселерометром, чтобы получаемые данные были еще более точными.

Есть ли разница с акселерометром?

По своей сути, гироскоп и акселерометр могут выполнять практически одни и те же вычисления. Но, акселерометр лучше определяет повороты объекта в пространстве и измеряет кажущееся ускорение — для этого он и используется.

Гироскоп лучше определяет перемещение объекта в пространстве, текущий угол наклона, указывает стороны света, как компас, а также дает данные для расчета скорости движения. Гироскоп может делать все то же самое, что и акселерометр, а вот акселерометр уже нет.

Как узнать о наличии гироскопа в телефоне

Узнать установлен ли гироскоп на телефоне можно на сайте изготовителя устройства. Вся необходимая информация находится в разделе технического описания конкретной модели.

Этот датчик не требует активации. Он по умолчанию уже настроенный. При необходимости можно проверить его исправность. Узнать о работоспособности прибора можно, запустив видео в 360 градусов на YouTube.

Алгоритм действий следующий:

1. В поисковике мобильного приложения YouTube следует написать слова «360 градусов».
2. По результатам поиска нужно запустить видеоролик, соответствующего формата.
3. В процессе воспроизведения следует повернуть смартфон. Если картинка на телефоне перемещается вслед, то гиродатчик в рабочем состоянии. В ситуации, когда на экране ничего не меняется, стоит проверить активность функции автоповорота.

Как заниматься

Занятия с гироскопическим шаром можно проводить в любом месте: дома, в зале, даже в общественном транспорте. Вот как пользоваться им правильно:

1. Сначала нужно запустить гироскопический тренажер. Сделать это можно пальцами или при помощи специальной нити, которая входит в комплект.
2. Он начнет вертеться в противоположном направлении от движения рук. При этом его необходимо удержать. Чем сильнее тренажер вертится, тем сложнее с ним справиться.
3. Если прилагать силы во время вращения тренажера, он начинает отклоняться от своей оси, возникает дополнительный барьер. Шар будто хочет вырваться из рук, но его следует удержать.

Во время занятий кисть руки выдерживает нагрузку от 1 до 15 кг. Если пользователь начинающий, ему рекомендуется использовать эспандер на небольших скоростях вращения.

Разработано несколько вариантов упражнений с использованием такого тренажера:

1. Для улучшения силы хвата и развития ловкости пальцев. Тренажер нужно зажать только кончиками пальцев руки, привести его в движение. Одновременно начать делать неспешные круговые движения. В процессе тренировки рекомендуется менять направление вращения руки, мяча.
2. Для тренировки запястья. Тренажер следует захватить всей кистью. Вращения нужно совершать, сгибая руку именно в области запястья. Постепенно увеличивать скорость. Движения нужно совершать поочередно по часовой стрелке и против нее.
3. Для работы предплечья. Эспандер нужно зажать всей кистью. Вращения следует совершать всей рукой, начиная от локтевого сустава до пальцев. Кисть при этом должна быть зафиксирована.
4. Для трицепса. Руку необходимо вытянуть, слегка повернув вовнутрь. В таком положении можно крутить тренажер. Эффективнее всего мускулы будут работать, если амплитуда вращения будет небольшой.
5. Для бицепса. Положение руки — в сторону, локоть согнут вниз. Теперь можно вращать эспандер. Постепенно рекомендуется наращивать темп.
6. Для проработки плеча. Вытянув руку в сторону, необходимо вращать тренажер, зажав его кистью. Главное условие — во время упражнения не сгибать локоть.

Можно для себя разработать целый план тренировки, которая будет включать необходимые упражнения. Начинать лучше с малого — с 3–5 минут в день, увеличивая продолжительность тренировки до 30–40 минут.

Механические гироскопы

ВВЕДЕНИЕ

.        КЛАССИФИКАЦИЯ

.1 Механические гироскопы

.1.1 Свойства трехстепенного роторного гироскопа

.1.2 Вибрационные гироскопы

.1.2.1 Разновидности

.2 Оптические гироскопы

.3 Двухстепенный гироскоп

.3.1 Датчик угловой скорости

.3.2 Вязкостное демпфирование.

.4 Гироскоп с тремя степенями свободы

.4.1 Гироскопический указатель курса

.ПРИМЕНЕНИЕ

.1 Применение гироскопов в технике.

.2 Простейший гироскоп

.3 Системы стабилизации

.4 Новые типы гироскопов

.5 Перспективы развития гироскопического приборостроения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

До изобретения гироскопа человечество использовало различные методы
определения направления в пространстве. Издревле люди ориентировались визуально
по удалённым предметам, в частности, по Солнцу. Уже в древности появились
первые приборы: отвес и уровень, основанные на гравитации. В средние века в
Китае был изобретён компас, использующий магнетизм Земли. В Европе были созданы
астролябия и другие приборы, основанные на положении звёзд.

Гироскоп изобрёл Иоганн Боненбергер и опубликовал описание своего
изобретения в 1817 году. Однако французский математик Пуассон ещё в 1813 году
упоминает Боненбергера как изобретателя этого устройства. Главной частью
гироскопа Боненбергера был вращающийся массивный шар в кардановом подвесе. В
1832 году американец Уолтер Р. Джонсон придумал гироскоп с вращающимся диском.
Французский учёный Лаплас рекомендовал это устройство в учебных целях. В 1852
году французский учёный Фуко усовершенствовал гироскоп и впервые использовал
его как прибор, показывающий изменение направления, через год после изобретения
маятника Фуко, тоже основанного на сохранении вращательного момента. Именно
Фуко придумал название «гироскоп». Фуко, как и Боненбергер, использовал
карданов подвес. Не позже 1853 года Фессель изобрёл другой вариант подвески
гироскопа.

Преимуществом гироскопа перед более древними приборами являлось то, что
он правильно работал в сложных условиях (плохая видимость, тряска,
электромагнитные помехи). Однако вращение гироскопа быстро замедлялось из-за
трения.

Во второй половине XIX века было предложено использовать электродвигатель
для разгона и поддержания вращения гироскопа. Впервые на практике гироскоп был
применён в 1880-х годах инженером Обри для стабилизации курса торпеды. В XX
веке гироскопы стали использоваться в самолётах, ракетах и подводных лодках
вместо компаса или совместно с ним.

Гироскоп —
навигационный прибор, основным элементом которого является быстро вращающийся
ротор, закрепленный так, что ось его вращения может поворачиваться.

Цель курсовой работы изучить свойства гироскопа, углубить свои
теоретические знания, расширить и закрепить их ,научиться работать
самостоятельно, приобрести умение формулировать свои суждения, последовательно
их излагать и строить логические доказательства.

Задачей курсовой работы является анализ работы гироскопа потенциальной
чувствительности прибора. На основе свойства взаимности необходимо рассмотреть
минимальную конфигурацию гироскопа. Затем оценить современное состояние
элементной базы. Рассмотреть основные элементы гироскопа. Основной задачей
курсовой работы является рассмотрение ключевых аспектов на основе анализа
погрешностей его элементов и качественной оценки точностных характеристик
устройства с учетом использования различных подходов к решению проблемы
повышения его чувствительности. Отдельно отразить технико-экономические аспекты
работы, вопросы безопасности жизнедеятельности при проведении исследований, а
также проблемы экологической безопасности при использовании прибора.

1.     
КЛАССИФИКАЦИЯ

Инструкция

1. Имея эти запчасти, мы можем приступить к сбору ротора. Ровно по центру крышек от консервных банок пробиваем дырочки, желательно таким же гвоздем, как и тот, из которого мы будем делать ось ротора. Далее с помощью пластилина крепим гайки на крышке, можно положить больше шести, вес по краю ротора увеличит время его вращения.
2. Далее делаем ось. Для этого закрепим электродрель в тисках, затянем в нем гвоздь без шляпки и напильником заточим. Так заточка оси будет располагаться максимально близко к центру оси. Заточить необходимо с двух сторон.
3. Не вынимая заточенную ось из дрели, сделаем желоб для нити, которой будет запускать ротор. На ось прикрепляем крышку с гайками с помощью клея, но не используйте такой, который застывает слишком быстро. Хорошо подойдет «Поксипол». Промажьте гайки этим же клеем.
4. Теперь самое главное – балансировка. Пока клей сохнет, вам нужно идеально разместить грузы по краю крышки. Включаем дрель (вертикально), если вращающийся ротор бьет в какую-то сторону, то какой-то груз расположен не правильно. Поправляем, пробуем снова. Смазываем гайки сверху и накрываем второй крышкой. На края ротора приклеиваем изоленту. Сушим. Сам ротор готов!
5. Берем два болта подлиннее, крепим в тиски и пробиваем в них углубления, в которых будет закреплён ротор. Теперь нужно придумать внешнюю рамку. Из ламината вырезаем круг. Лучше заранее прорисовать его циркулем. Сразу прорисуйте вертикальную и горизонтальную линии под углом 90 градусов. Внутри вырезаем круг поменьше, но такой, чтобы туда помещался ротор. По горизонтальным линиям делаем дырочки для болтов друг против друга. Вкручиваем болты. Между ними помещаем ось нашего гироскопа. При этом нельзя затягивать слишком плотно, иначе трение будет гасить скорость вращения, и ничего не получится. Оставьте около 1 мм хода, но так, чтобы гироскоп не вываливался из болтов. Приклеиваем болты к планке, чтобы вибрация не выкрутила их из рамки.
6. Осталось только установить защиту. Берем толстую проволоку, сгибаем в кольцо. По месту отмеченной горизонтали прикрепляем к нашему изделию. Гироскоп готов. Наматываем ниточку на ось и, резко дергая за нее, проверяем работоспособность.

Эта самоделка будет интересна, в первую очередь, маленьким детям. Особенно, если собирать ее вместе. А вообще изготовление роторного гироскопа из подручных средств — это отличный способ весело и с пользой провести свободное время. Несмотря на визуальную сложность всей конструкции, сделать ее очень просто, ведь, по сути, гироскоп — это обычный волчок, только с «секретом».

Впрочем, сам принцип работы гироскопа также довольно прост: маховик вращается по часовой стрелке вокруг своей оси, которая, в свою очередь, сопряжена с кольцом и совершает вращательные движения в горизонтальной плоскости. Это кольцо жестко закреплено в другом кольце, поворачивающемся вокруг третьей оси. Вот и весь секрет.

Инструкция

1. Имея эти запчасти, мы можем приступить к сбору ротора. Ровно по центру крышек от консервных банок пробиваем дырочки, желательно таким же гвоздем, как и тот, из которого мы будем делать ось ротора. Далее с помощью пластилина крепим гайки на крышке, можно положить больше шести, вес по краю ротора увеличит время его вращения.
2. Далее делаем ось. Для этого закрепим электродрель в тисках, затянем в нем гвоздь без шляпки и напильником заточим. Так заточка оси будет располагаться максимально близко к центру оси. Заточить необходимо с двух сторон.
3. Не вынимая заточенную ось из дрели, сделаем желоб для нити, которой будет запускать ротор. На ось прикрепляем крышку с гайками с помощью клея, но не используйте такой, который застывает слишком быстро. Хорошо подойдет «Поксипол». Промажьте гайки этим же клеем.
4. Теперь самое главное – балансировка. Пока клей сохнет, вам нужно идеально разместить грузы по краю крышки. Включаем дрель (вертикально), если вращающийся ротор бьет в какую-то сторону, то какой-то груз расположен не правильно. Поправляем, пробуем снова. Смазываем гайки сверху и накрываем второй крышкой. На края ротора приклеиваем изоленту. Сушим. Сам ротор готов!
5. Берем два болта подлиннее, крепим в тиски и пробиваем в них углубления, в которых будет закреплён ротор. Теперь нужно придумать внешнюю рамку. Из ламината вырезаем круг. Лучше заранее прорисовать его циркулем. Сразу прорисуйте вертикальную и горизонтальную линии под углом 90 градусов. Внутри вырезаем круг поменьше, но такой, чтобы туда помещался ротор. По горизонтальным линиям делаем дырочки для болтов друг против друга. Вкручиваем болты. Между ними помещаем ось нашего гироскопа. При этом нельзя затягивать слишком плотно, иначе трение будет гасить скорость вращения, и ничего не получится. Оставьте около 1 мм хода, но так, чтобы гироскоп не вываливался из болтов. Приклеиваем болты к планке, чтобы вибрация не выкрутила их из рамки.
6. Осталось только установить защиту. Берем толстую проволоку, сгибаем в кольцо. По месту отмеченной горизонтали прикрепляем к нашему изделию. Гироскоп готов. Наматываем ниточку на ось и, резко дергая за нее, проверяем работоспособность.

Однажды я наблюдал разговор двух друзей, точнее подруг:

А: О, знаешь, у меня новый смартфон, в нем есть даже встроенный гироскоп

Б: Аа, да, я тоже скачала себе, поставила гироскоп на месяц

А: Эмм, ты точно уверена, что это гироскоп?

Б: Да, гироскоп для всех знаков зодиака.

Чтобы таких диалогов в мире стало чуть меньше, предлагаем узнать, что такое гироскоп и как он работает.

Что такое акселерометр в телефоне?

ПОДРОБНЕЕ ОБ АКСЕЛЕРОМЕТРЕ

И ЕГО ФУНКЦИЯХ Это датчик, который определяет угол наклона электронного устройства по отношению к земной поверхности. ПО устройства получает данные об угле наклона отакселерометра и поворачивает изображение на дисплее.

Интересные материалы:

Как сделать разделы в гугл форме? Как сделать разницу в Экселе? Как сделать разноцветные истории в инстаграме? Как сделать разноцветные сообщения в инстаграме? Как сделать разноцветные Сторис в Инстаграм? Как сделать разноцветный чат в инстаграме? Как сделать разноцветный ободок в Сторис? Как сделать разноцветный шрифт в Дискорде? Как сделать разноцветный шрифт в Сторис? Как сделать разноцветный текст в Дискорде?

Составные части пауэрбола

Powerball для рук более чем компактен. Его составные части:

• Ротор- элемент, вращающийся вокруг собственной оси и перпендикулярно плоскости вращения этой оси по круговой канавке-желобку.
• Корпус- покрытие ротора, состоящее из двух половинок, удерживающихся винтиками или защелками. Функция корпуса- удержать ось ротора в канавке.
• Кольцо ограничения- придерживает роторную ось в диаметральном положении, не позволяя ей врезаться в круговой желоб. Оно вращается вместе с ротором.

Стоит обратить внимание, что для занятий вам не придется тратиться ни на зарядное устройство, ни на батарейки. Прибор работает только от силы рук

2.2 Простейший гироскоп

Простейшим гироскопом является обыкновенный детский волчок, быстро вращающийся вокруг своей оси. Ось волчка может изменять своё положение в пространстве, поскольку её верхний конец не закреплен. У гироскопов применяемых в технике, свободный поворот оси можно обеспечить, закрепив её в рамках карданова подвеса, позволяющего оси волчка занять любое положение в пространстве. Такой гироскоп имеет три степени свободы. Свойства гироскопа проявляются при выполнении двух условий: ось вращения гироскопа должна иметь возможность изменять своё направление в пространстве, и угловая скорость вращения гироскопа вокруг своей оси должна быть очень велика по сравнению с той угловой скоростью, которую будет иметь сама ось при изменении своего направления. Первое свойство гироскопа с тремя степенями свободы состоит в том, что его ось стремится устойчиво сохранять в мировом пространстве приданное ей первоначальное направление.Если эта ось вначале направлена на какую-нибудь звезду, то при любых перемещениях основания прибора и случайных толчках она будет продолжать указывать на эту звезду, меняя свою ориентировку относительно земных осей. Впервые это свойство гироскопа использовал французский учёный Л. Фуко для экспериментального доказательства вращения Земли вокруг её оси в 1852 г.. Отсюда и само название «гироскоп», что в переводе означает «наблюдать вращение». Второе свойство гироскопа обнаруживается, когда на его ось начинают действовать сила или пара сил, стремящиеся привести ось в движение. Под действием силы конец оси гироскопа будет отклоняться в направлении, перпендикулярном к этой силе; в результате гироскоп вместе с рамкой начнёт вращаться вокруг оси , притом не ускоренно, а с постоянной угловой скоростью. Это вращение называется прецессией; оно происходит тем медленнее, чем быстрее вращается вокруг своей оси сам гироскоп. Если в какой-то момент времени действие силы прекратится, то одновременно прекратится прецессия и ось мгновенно остановится, т. е. прецессионное движение гироскопа безынерционно. Наряду с прецессией ось гироскопа при действии на неё силы может ещё совершать нутацию — небольшие, но быстрые, обычно незаметные на глаз, колебания оси около её среднего направления. Размахи этих колебаний у быстро вращающегося гироскопа очень малы и из-за наличия сопротивления и быстро затухают. Прецессионное движение можно наблюдать и у детского волчка.

Если ось такого волчка поставить под углом к вертикали и отпустить, то она под действием силы тяжести будет отклоняться в перпендикулярном направлении, и начинает прецессировать вокруг вертикали.

Прецессия волчка также сопровождается незаметными на глаз нутационными колебаниями, быстро затухающими из-за сопротивления воздуха. Под действием трения о воздух собственное вращение волчка постепенно замедляется, а скорость прецессии возрастает. Когда угловая скорость вращения волчка становится меньше определенной величины, он теряет устойчивость и падает.

У медленно вращающегося волчка нутационные колебания могут быть довольно заметными и, слагаясь с прецессией, изменять картину движения оси волчка: верхний конец оси будет описывать волнообразную или петлеобразную кривую.

Рисунок 2.2. — Волчок

Процесс изготовления роторного механического гироскопа

От пластиковой трубы отрезаем два кольца одинаковой ширины. Также потребуется подшипник, который нужно пролить суперклеем, чтобы он не крутился. Во внутреннее кольцо запрессовываем деревянную «таблетку», в которой по центру нужно просверлить отверстие под металлический стержень с заостренными концами.

На один край стержня надеваем кусок пластиковой трубки (можно позаимствовать с шариковой ручки). В пластиковом кольце сверлим два отверстия под стержень и стыкуем с вращающейся осью подшипника при помощи металлических трубок большего диаметра (можно использовать отрезки телескопической антенны).

Однажды я наблюдал разговор двух друзей, точнее подруг:

А: О, знаешь, у меня новый смартфон, в нем есть даже встроенный гироскоп

Б: Аа, да, я тоже скачала себе, поставила гироскоп на месяц

А: Эмм, ты точно уверена, что это гироскоп?

Б: Да, гироскоп для всех знаков зодиака.

Чтобы таких диалогов в мире стало чуть меньше, предлагаем узнать, что такое гироскоп и как он работает.

Принцип работы

Принцип работы гироскопа заключается в грузиках, которые вибрируют на плоскости с частотой скорости умноженной на перемещение. При повороте гироскопа возникает так называемое Кориолисово ускорение. Если вы пропускали физику в школе или не знаете, то у всех тел есть единое свойство — при вращении они сохраняют свою ориентацию относительно направления силы тяжести. По сути, гироскоп — это волчок, который вращается вокруг вертикальной оси, закреплённый в раме, которая способна поворачиваться вокруг горизонтальной оси, и в свою очередь закреплена в другой раме, которая может поворачиваться вокруг третьей оси. Таким образом, можно придти к выводу: как бы мы не поворачивали волчок, он всегда имеет возможность всё равно находиться в вертикальном положении. Датчики снимают сигнал, как волчок ориентирован относительно рам, а процессор считывает, как рамы в этом случае должны быть расположены относительно силы тяжести.

Гироскопы применяются в технике. Они используются в виде компонентов как в системах навигации (авиагоризонт, гирокомпас и т. п.), так и в системах ориентации и стабилизации космических аппаратов. Что касается той самой системы стабилизации, то она бывает трёх типов: система силовой стабилизации (используется на двухстепенных гироскопах), система индикаторно-силовой стабилизации (также на двухстепенных гироскопах) и система индикаторной стабилизации (на трёхстепенных гироскопах).

А теперь поподробнее об этих трёх основных типах. Система силовой стабилизации: для стабилизации вокруг каждой оси требуется один гироскоп. Сама стабилизация осуществляется непосредственно гироскопом, а также двигателем разгрузки. В начале действует гироскопический момент, а потом уже подключается двигатель разгрузки. Система индикаторно-силовой стабилизации: для стабилизации также требуется один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки, но в начале появляется небольшой гироскопический момент. И последняя — система индикаторной стабилизации: для стабилизации вокруг двух осей нужен один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки.

Заключение

В последние годы появилось много дешевых моделей миниатюрных гироскопов, позволяющих расширить сферу их применения. Простота инсталляции и низкие цены оправдывают использование гироскопов даже на учебных и радиобойцовых моделях. Прочность пьезоэлектрических гироскопов такова, что при аварии скорее испортится приемник или серво, чем гироскоп.

Вопрос о целесообразности насыщения летающих моделей современной авионикой каждый решает сам. На наш взгляд, в спортивных классах самолетов, — по крайней мере, на копиях, гироскопы все-таки со временем разрешат. Иначе невозможно обеспечить реалистичный, похожий на оригинал полет уменьшенной копии из-за разных чисел Рейнольдса. На хоббийных аппаратах применение искусственной стабилизации позволяет расширить диапазон погодных условий полетов, и летать в такой ветер, когда только ручное управление не в состоянии удержать модель.

Самодельный гироскоп

Гироскоп
(от др.-греч. yupo
«круговое вращение» и okoпеw
«смотреть») — быстро вращающееся твёрдое тело, основа одноимённого устройства, способного измерять изменение углов ориентации связанного с ним тела относительно инерциальной системы координат, как правило основанное на законе сохранения вращательного момента (момента импульса).

Само название «гироскоп» и рабочий вариант этого устройства придумал в 1852 г. французский ученый Жан Фуко.

Среди механических гироскопов выделяется роторный гироскоп
— быстро вращающееся твёрдое тело, ось вращения которого способна изменять ориентацию в пространстве. При этом скорость вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его вращения. Основное свойство такого гироскопа — способность сохранять в пространстве неизменное направление оси вращения при отсутствии воздействия на неё моментов внешних сил.

Для изготовления гироскопа нам понадобится:

1. Кусок ламината;
2. Донышко 2 шт. от консервной банки;
3. Стальная палочка;
4. Пластилин;
5. Гайки или(и) грузила;
6. Два шурупа;
7. Проволока (медная толстая);
8. Поксипол (или др. застывающий клей);
9. Изолента;
10. Нитки (для запуска и кое-чего ещё);
11. А так же инструмент: пила, отвёртка, керн и др…

Общая идея понятна изложена на рисунке:

Приступаем:

1)
Берём ламинат и вырезаем из него 8-ми угольную рамку (на фото она 6-ти угольная). Далее высверливаем в ней 4 дырки: 2 (на концах) по фронту, 2 поперёк (то же на концах), смотри фото. Теперь согнём в кольцо проволоку (диаметр проволоки примерно равен диаметру рамки). Возьмём 2-ва шурупа (болта) и пробьём в них по углублению на концах шилом или керном (на худой конец можно высверлить дрелью).

2)
Нужно собрать главную часть — ротор. Для этого берём 2-ва донышка от консервной банки и делаем в них по дырке в центре. Дырка диаметром должна соответствовать ось-стержню (который мы туда вставим). Чтобы сделать ось-стержень возьмём гвоздь или длинный болт и обрежем по длине, концы надо заточить. Чтобы центровка была лучше, вставим стержень в дрель и как на станке заточим напильником или точильным камнем с 2-х сторон. Хорошо бы ещё сделать канавку на нём для завода ниткой. На один из дисков намажем пластилина, и в него напихаем гаек и грузил (у кого есть стальные кольцо, то это ещё лучше). Теперь соединяем оба диска (по типу бутерброд) и протыкаем их через дырки осью-стержнем. Смазываем всё это дело поксиполом (или другим клеем), вставим наш ротор в дрель и пока поксипол застывает, будем центровать диск (это самая важная часть работы). Баланс должен быть идеальным.

3)
Собираем по картинке, свободный ход ротора вверх-вниз должен быть минимальным (чувствуется, но чуть-чуть).

4)
Ставим защиту из проволоки, прикрепляем её ниткой или клеем, и всё наш гироскоп готов.

Механические гироскопы
бывают разными. Особенно интересен роторный гироскоп. Суть его заключается в том, что тело, вращающееся вокруг своей оси, достаточно стабильно в пространстве, хотя и может менять направление самой оси. Скорость поворота оси существенно ниже скорости поворота краёв гироскопа. Вращение гироскопа похоже на перемещение юлы на полу. Разница юлы с гироскопом в том, что юла свободна в пространстве, а гироскоп вращается в строго закрепленных точках, находящихся во внешней планке, и имеет защиту, чтобы при падении продолжать вращение.

Заключение

В последние годы появилось много дешевых моделей миниатюрных гироскопов, позволяющих расширить сферу их применения. Простота инсталляции и низкие цены оправдывают использование гироскопов даже на учебных и радиобойцовых моделях. Прочность пьезоэлектрических гироскопов такова, что при аварии скорее испортится приемник или серво, чем гироскоп.

Вопрос о целесообразности насыщения летающих моделей современной авионикой каждый решает сам. На наш взгляд, в спортивных классах самолетов, — по крайней мере, на копиях, гироскопы все-таки со временем разрешат. Иначе невозможно обеспечить реалистичный, похожий на оригинал полет уменьшенной копии из-за разных чисел Рейнольдса. На хоббийных аппаратах применение искусственной стабилизации позволяет расширить диапазон погодных условий полетов, и летать в такой ветер, когда только ручное управление не в состоянии удержать модель.

Механический гироскоп – не такое уж сложное устройство, при этом его работа – довольно красивое зрелище. Его свойства изучают ученые уже более двухсот лет. Можно было бы подумать, что все изучено, ведь давно уже найдено и практическое применение и тема должна быть закрытой.

Но находятся увлеченные люди, которые не устают утверждать, что при работе гироскопа происходит изменение его веса при вращении в ту или иную сторону или в определенной плоскости. Причем звучат такие выводы, как будто гироскоп преодолевает гравитацию. Или он образует так называемую зону гравитационной тени. И наконец, находятся люди, которые говорят, что если скорость вращения гироскопа превысить до некоторой критической величины, то данное устройство приобретает негативный вес начинает отлетать от Земли.

С чем же мы имеем дело? Возможность прорыва цивилизации или псевдонаучное заблуждение?

Теоретически изменение веса возможно, но на таких больших скоростях, что экспериментально это проверить невозможно в обычных условиях. Но есть люди, которые уверяют, что они видели преодоление земного тяготения при скорости вращения всего в пределах нескольких тысяч минут. Проверке этой гипотезе посвящен данный эксперимент.

Характеристики простейшего самодельного гироскопа.

Далеко не каждому по возможности собрать гироскоп. Авто ролика собрал гироскоп массой более 1 кг. Максимальная скорость вращения 5000 оборотов. Если эффект изменения веса действительно присутствует, он будет заметен на рычажных весах. Их точность, учитывая трение в шарнирах, лежит в пределах 1 гр.

Приступим к эксперименту.

Вначале раскрутим уравновешенный гироскоп в горизонтальной плоскости по часовой стрелке. Вращающийся маховик никогда не будет полностью уравновешен, так как невозможно произвести его идеальную балансировку. Да и нет идеальных подшипников.

Откуда возникает осевая и радиальная вибрация, которая переходит на коромысло весов? В результате чего может возникнуть мнимое увеличение или уменьшение веса? Попробуем раскрутить маховик в другую сторону, чтобы проверить теорию о том что именно направление вращения играет главную роль в гравитационном затмении. Но, похоже, чуда так и не произойдет.

Что будет, если подвесить и раскрутить гироскоп в вертикальной плоскости? Но и в этом случае не происходит никаких изменений на весах.

Принудительная прецессия.

Возможно в школе или в институте вам показывали такую установку для демонстрации принудительной прецессии. Если раскрутить гироскоп, например, по часовой стрелке в вертикальной плоскости, а потом повернуть его опять же по часовой стрелке, если смотреть сверху, но уже в горизонтальной плоскости, то он как бы взлетает. Таким образом он реагирует на внешние воздействия и стремится совместить оснь и направление своего вращения с осью и направлением вращения в новой плоскости.

У некоторых людей внезапно нарывших эту тему, складывается ошибочное понимание этого процесса. Мм кажется, что механический гироскоп способен взлететь, если его принудительно раскрутить во второй плоскости и таким образом якобы можно создать инновационный двигатель. В то же время гироскоп здесь поднимается лишь потому, что отталкивается от вращающейся подставки, а она в свою очередь отталкивается от стола. В невесомости суммарный импульс такой конструкции будет равен нулю.