陀螺儀
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定軸陀螺儀
偏軸陀螺儀
迴轉儀的構造
三軸
早期的惯性导航系统
陀螺儀（英文：gyroscope），是一種基於角动量守恒的理論，用來感測與維持方向的裝置。陀螺儀主要是由一個位於軸心且可旋轉的轉子構成。由於轉子的角动量，陀螺儀一旦開始旋轉，即有抗拒方向改變的趨向。陀螺儀多用於導航、定位等系統。
目录
1 歷史
2 結構
3 特性
3.1 定軸性
3.2 逆動性
4 相關條目
5 注释
6 參考資料
7 外部連結
歷史
1852年法國的物理學家莱昂·傅科為了研究地球自轉，首先發現高速轉動中的轉子（rotor），由於慣性作用它的旋轉軸永遠指向一固定方向，他用希臘文gyro（旋轉）和skopein（看）兩字合為gyroscopei一字來命名這種儀錶。
1860年代，電動馬達的演進使得陀螺儀能夠無限旋轉，進而誕生了第一組航向指示器的原型，甚至是更複雜的儀器--旋轉羅盤。第一組有功能性的旋轉羅盤於1904年由德國發明家赫爾曼·安修斯·康菲申請專利[1]，美國人艾爾默·斯派理在一年後也提出了他自己的設計。其他國家很快地便發覺到陀螺儀在軍事方面的重要性—在這個航行技術為最重要的軍事力量指標的年代—因而創立了他們自己的陀螺儀工業。斯派理陀螺儀公司快速擴張並供應飛機與船艦的穩定器，其他陀螺儀開發商也跟進。[2]
到了20世紀末，原本只在飛機、導彈上存在的陀螺儀逐步民用化，也從機械結構邁入電子時代，使用的原理也不盡相同，然而他們的價格依舊昂貴，感應器集成度也不高，只會用在大型儀器上，但21世紀以來，因為智慧型手機產業的進步，陀螺儀的體積不斷縮小，使得原本笨重而昂貴的陀螺儀忽然變成垂手可得的零組件，也帶動了小型無人機的發展。[3]
結構
陀螺儀的裝置，一直是航空和航海上航行姿態及速率等最方便實用的參考儀錶。
基本上陀螺儀是一種機械裝置，其主要部分是一個對旋轉軸以極高角速度旋轉的轉子，轉子裝在一支架內（見圖一a）；在通過轉子中心軸XX1上加一內環架，那麼陀螺儀就可環繞飛機兩軸作自由運動；然後，在內環架外加上一外環架；這個陀螺儀有兩個平衡環，可以環繞飛機三軸作自由運動，就是一個完整的空间陀螺儀（space gyro）。
特性
陀螺儀用在飛機飛行儀錶的心臟地位，是由於其兩個基本特性：一為定軸性（inertia 或 rigidity），另一是逆動性（precession），這兩種特性都是建立在角動量守恆的原則下。
定軸性
物体维持自身转动状态并对抗改变的能力称为转动惯量，其由相对于特定旋转轴的质量分布决定，对多质点物体转动惯量 I=∑i=1Nmiri2displaystyle textstyle I=sum _i=1^Nm_ir_i^2
在運轉中的陀螺儀，如果外界施一力在轉子上，此力对支点的力矩当可分解为顺轴方向和垂直于轴方向两个分力矩；前者使陀螺加速、减速，但不会改变转轴方向；后者的时间积分将会逐渐改变转动方向（通常是短时较小而随时间逐渐积累增大），并产生相对于原轴的章动（新的旋转轴原轴旋转，如转速降低时陀螺受重力作用时的非垂直旋转）。
逆動性
在運轉中的陀螺儀，如果外界施一作用或力矩在轉子旋轉軸上，則旋轉軸並不沿施力方向運動，而是順著轉子旋轉向前90度垂直施力方向運動，此現象即是逆動性。
逆動性的大小也有三個影響的因素：
外界作用力愈大，其逆動性也愈大；
轉子的質量慣性矩（moment of inertia）愈大，逆動性愈小；
轉子的角速度愈大，逆動性愈小。
而逆動方向可根據逆動性原理取決於施力方向及轉子旋轉方向。
相關條目
- 陀螺
- 平衡環架
- 角動量
- 科里奧利力
- 賽格威
- 加速規
注释
^ Hermann Anschütz-Kaempfe and Friedrich von Shirach, "Kreiselapparat" (Gyroscope) Deutsches Reichspatent no. 182855 (filed: 27 March 1904 ; issued: 2 April 1907).
^ MacKenzie, Donald. Inventing Accuracy: A Historical Sociology of Nuclear Missile Guidance. Cambridge: MIT Press, 1990. pp. 31–40. ISBN 0-262-13258-3
^ http://wechatinchina.com/thread-88128-1-1.html
參考資料
- 李春霖譯 飛行概要圖解 徐氏基金會 12～15頁
- W. J. Hesse, N. V. S. Mumford, Jr., Jet Propulsion for Application 大學圖書出版社 6～7頁 民國七十一年三月
- E. H. J. Pallett, V. Brown, Aircraft Instruments Principles and Applications 滄海書局 第五章
- J. Roskan, Airplane Flight Dynamics ＆Automatic Flight Controls, Part Ⅰ 滄海書局 25～28頁
- and , "Über die Theorie des Kreisels" (Tr., About the theory of the gyroscope). Leipzig, Berlin, B.G. Teubner, 1898-1914. 4 v. illus. 25 cm.
外部連結
 | 维基共享资源中相关的多媒体资源：陀螺儀 |
- The Precession and Nutation of a Gyroscope
- Everything you needed to know about gyroscopes
- Videos of gyroscopes working
- Project in which gyroscopes are used to drive a robotic arm
Theory and Design of Micromechanical Vibratory Gyroscopes Vladislav Apostolyuk
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