陀螺罗经

陀螺罗经，导航仪器它利用了连续驱动陀螺仪准确地寻找(地理上的)北的方向它通过寻找一个平衡指引下的结合力的作用重力以及每天的轮转地球．因此，它是免疫的磁干扰，如由矿石存款,钢结构,或电路．这些特性使陀螺罗盘成为当今世界主要的导航设备船只而且潜艇．它已被广泛应用于大西洋上的矿砂船五大湖，如方位参考枪而且鱼雷控制在军舰上，并作为一个可靠的指南针为导航任何船．它不适合作为一个飞机指南针因为速度几百结与这种飞行器相关的严重影响了仪器的向北性能。

虽然效果明显地球的陀螺仪的旋转是由福柯里昂1852年，直到20世纪的第一个十年，人们才有能力建造足够精确的单位。1908年，德国Hermann Anschütz-Kaempfe公司生产了第一个适合航海的陀螺罗盘。这在很大程度上是通过……的努力才得以实现的马克斯·舒勒他开发了实用的舰载陀螺仪所依赖的原理。这个指南针是机械上的奇迹聪明才智．1911年埃尔默斯佩里在美国制造了一种更容易制造的陀螺罗盘。在英国，西德尼·乔治·布朗与约翰·佩里沿着与斯佩里相似的路线合作，于1916年制造出了陀螺罗盘。后来美国的Arma公司生产了一种Anschütz的改进型。

所有陀螺仪的工作原理都是一样的。它们在支持陀螺仪元件(旋转)的方法上有所不同轮)和应用摆性这是向北的特性所需要的，也是用来抑制振荡的方法，从而导致单元向北移动。

工作原理

一种形式陀螺仪是旋转轮安装所以它的自转轴方向有普遍的旋转自由。自旋允许质量，或惯性，性质的材料在车轮上被连续使用，从而产生了一个相对较大的陀螺仪动力或惯性在一个中等大小的轮子里。实用陀螺仪的重要特性是它角动量-它的自旋和绕自转轴转动惯量的乘积。这个量是a向量，因为它有方向和大小。角动量矢量可以用弯曲右手的手指来方便地表示手在旋转的意义上，伸出手的拇指指向角动量的方向向量．在实际的陀螺罗经中，角动量几乎与旋转轴平行。

以同样的方式，瞬间的一个力（转矩当手的手指在力试图产生的旋转的意义上弯曲时，它就会沿着右手伸出的拇指转动。以下是陀螺仪的基本定律:当一个扭矩施加到陀螺仪上时，陀螺仪将旋转(或进动)，以试图使其角动量与扭矩对齐。进动是关于惯性空间的，也就是说，一个相对于“固定恒星”不旋转的参考空间。请注意,地球不是惯性空间的一部分，因为它每天都在旋转。它的大小旋进与力矩的大小成正比与角动量的大小成反比。当没有施加扭矩时，旋转轴相对于惯性空间保持静止;如果目标是明星它始终指向恒星，因此，对于地球观察者来说，在一天的过程中，地轴的一端似乎从东方升起，在西方落下。当施加扭矩试图绕垂直轴旋转陀螺仪时，旋转轴将上升或下降，因为它试图使角动量与扭矩对齐。类似地，对水平轴施加扭矩将导致自转轴绕垂直轴进动。

陀螺罗盘是一种具有质量不平衡框架的陀螺仪，使其具有与自转轴成直角的摆度。在正常操作中，自转轴几乎是水平的，并指向北方，而钟摆是向下的。考虑一个陀螺罗盘，它的自转轴开始时是水平的，指向北方以东几度。然后，地球的自转导致自转轴上升到上方地平线正如地球观测者所看到的那样(更准确地说，地平线下降到自转轴以下，自转轴最初在惯性空间中保持不动)。这一动作产生一个水平力矩，向西，由于的作用重力在钟摆上。自转轴遵循陀螺仪的基本定律，沿垂直方向进动子午线，因为地球的自转，海平面持续上升，直到子午线是达到了。在这一点上，摆转矩是最大的，自转轴继续通过子午线进动。当自转轴在子午线以西时，地球的自转使自转轴固定，从而减小了摆力矩。在北西方向与开始方向北东相同的距离上，自转轴再次水平，但由于地球的自转而继续固定。这导致自转轴下降到地平线以下，并产生一个向东的摆力矩，这导致自转轴再次向子午线进动，最终进动超过子午线并返回到其起始方向，在那里整个过程重复进行。因此，自转轴沿子午线和水平方向划出一个椭圆。的平整度椭圆振荡的周期取决于钟摆的强度。

为了使陀螺罗经指向北方，振荡必须是阻尼向外，使单位可以停留在子午线上，而不是一直穿过子午线。阻尼振荡器包括改变它能量状态通过反对速度身体的。采用了两种主要的阻尼方法。第一种，用于除斯佩里以外的所有回转罗盘，是由舒勒．它由施加一个反摆扭矩引起的限制流动的a粘性对陀螺仪元件倾斜响应的流体。粘度和流动方向通过收缩相结合，使扭矩应用于适当的相位阻尼。扭矩是水平的，理想情况下是定向的，以便在任何时候都使陀螺向子午线进动:当自转轴在子午线以东时，它指向西方，当自转轴在子午线以西时，它指向东方。摆力矩和阻尼力矩的联合作用将前面提到的无阻尼区域的椭圆运动改变为朝向子午线的螺旋运动。粘性摩擦吸收了能源撤销产生阻尼。

第二种阻尼方法用于斯佩里陀螺罗经。的斯佩里支持Compass线悬挂与动力驱动后续系统，称为幻影环，这是一种伺服机构。阻尼包括以这样一种方式施加摆动扭矩，使其与幻影环和后续的相互作用电动机沿垂直轴产生一个力矩。这试图减少陀螺仪元件的倾斜。由于在水平平面上的倾斜和运动在陀螺罗盘中是耦合在一起的，这种方法也可以使自转轴向子午线方向阻尼。阻尼能是有家具的操纵幻环的马达。该系统具有抗摆作用，通过给系统增加能量来获得阻尼。

在稳定状态下，陀螺罗盘在北半球的自转轴北侧略微向上倾斜，在南半球则略微向下倾斜。这就产生了使陀螺罗经相对于惯性空间的垂直轴以与子午线由于地球自转而围绕该轴旋转的速率相同的速度进动所需的扭矩。速率是0赤道并在两极增加到完全地球速率。正因为如此平衡倾斜时，斯佩里陀螺罗盘中使用的阻尼方法使自转轴在北半球的子午线稍东，在南半球的子午线稍西。这是一个已知的小角度，很容易在航向指示中得到补偿。

Anschütz和Arma罗盘由浮选支撑。摆转矩是通过简单地安装单元与重心在支点下方。阻尼是通过粘性流体在管内的限制流动来获得的。布朗罗盘由一个脉冲支撑石油列。摆转矩是通过油在两个油箱之间的流动来获得的。陀螺仪旋转产生的空气压力迫使油上坡，使其具有摆式，因为它自然是反摆式的，或头重脚轻。它被管内粘性流体的限制流动所阻尼。Sperry罗盘由带有动力驱动幻影环的电线悬挂支撑，以消除电线的扭转(扭曲)。环绕着幻环的是一个叫做弹道．摆转矩是通过流量来获得的汞在两个坦克之间(水银弹道)。由于这个动作是反摆的，所以平衡陀螺仪角动量的方向是南。这两个潜在的不稳定成分的组合产生了一个稳定的系统。它由后续电机阻尼，该电机从车轮支撑万向节接收到与幻影环位移成比例的信号。