Основы прикладной теории гироскопа и элементы гироскопических приборов и систем понятие о гироскопе

Всем известны замечательные свойства быстро вращающегося волчка. Неподвижный волчок под действием собственной силы веса неизменно падает на бок. Быстро вращающийся волчок спокойно балансирует на кончике своей оси, поддерживаемый какой-то невидимой силой. Удивительная устойчивость, сообщаемая волчку бы­стрым вращением, уже давно привлекла внимание исследователей. Еще в XVIII веке делались попытки применить быстро вращающий­ся волчок для определения направления вертикали, однако этот прибор не получил практического применения.

Первым серьезным использованием замечательных свойств волчка был опыт, поставленный физиком Л. Фуко в 1852г. Л.Фуко демонстрировал построенный, им прибор «гироскоп», основной частью которого был быстро вращающийся ротор (маховик).

Прибор Фуко впервые позволил обнаружить суточное вращение Земли непосредственным лабораторным наблюдением. Термин «ги­гроскоп» получен от греческих слов «гирос»— вращение и «скопео» — наблюдаю. В настоящее время этот термин применяется в более широком смысле для обозначения приборов, в которых ис­пользованы своеобразные свойства гироскопа, в основном заклю­чающиеся в том, что при поворотах оси вращения ротора гироскопа в пространстве возникает так называемый гироскопический момент. Наиболее широкое применение получили гироскопические приборы, основанные на использовании быстро вращающегося симметрично­го гироскопа. Быстро вращающимся симметричным гироскопом называют вращающееся вокруг оси симметрии с большой угловой скоростью тело вращения (ротор), одна из точек которого (точка 0) неподвижна. Ось z симметрии ротора 1 называют осью фигуры или осью ротора гироскопа.

В большинстве гироскопических приборов для обеспечения сво­боды вращения ротора гироскопа вокруг неподвижной точки О при­меняют карданов подвес, который состоит из двух рамок 2 и 3. Ро­тор 1 гироскопа с большой угловой скоростью ͡Ωz вращается вокруг оси z относительно внутренней рамки 2, которая может поворачи­ваться вокруг оси х относительно рамки 3, а последняя — вокруг оси у₁ относительно неподвижной подставки 4. Ось у перпендику­лярна осям z и х. Допустим, что все три оси х, у, z пересекаются в одной точке О, которая и является неподвижной точкой.

Карданов подвес обеспечивает ротору гироскопа свободу вра­щения относительно трех осей (z, x и у₁). Поэтому гироскоп, уста­новленный в кардановом подвесе, называют гироскопом с тремя степенями свободы. Если центр масс гироскопа совпадает с точкой пересечения осей карданова подвеса, то такой гироскоп называется астатическим.