Gyrokompas - Gyrocompass

Gyrokompas je druh non-magnetického kompasu , který je založen na rychlém zvlákňování disku a rotace Země (nebo jiného planetárního těla, pokud používané jinde ve vesmíru) nalézt geografickou směr automaticky. Použití gyrokompasu je jedním ze sedmi základních způsobů určení směru vozidla. Gyroskop je nezbytnou složkou kompas, ale jsou různá zařízení; gyrokompas je postaven tak, aby využíval účinek gyroskopické precese , který je charakteristickým aspektem obecného gyroskopického účinku . Gyroskopické obvody jsou široce používány pro navigaci na lodích , protože oproti magnetickým kompasům mají dvě významné výhody :

• najdou skutečný sever, jak je určeno osou rotace Země , která se liší od a navigačně užitečnější než magnetický sever , a
• nejsou ovlivněny feromagnetickými materiály, například v ocelovém trupu lodi , které narušují magnetické pole .

Letadla běžně používají pro navigaci a sledování polohy gyroskopické nástroje (nikoli však gyrokompas); Podrobnosti viz Letové přístroje a Gyroskopický autopilot .

Úkon

Gyroskop , nesmí být zaměňována s kompas, je kolovrátek namontované na sadu závěsu tak, že jeho osa je zatím orientovat v žádném případě. Když je roztočeno na rychlost s osou směřující do nějakého směru, kvůli zákonu zachování momentu hybnosti si takové kolo obvykle udržuje svoji původní orientaci na pevný bod ve vesmíru (ne na pevný bod na Zemi) . Jelikož se naše planeta otáčí, zdá se stacionárnímu pozorovateli na Zemi, že osa gyroskopu dokončuje úplnou rotaci jednou za 24 hodin. Takový rotující gyroskop se v některých případech používá pro navigaci, například na letadlech, kde je známý jako ukazatel směru nebo směrový gyroskop, ale běžně jej nelze použít pro dlouhodobou námořní navigaci. Rozhodující další ingrediencí potřebnou k přeměně gyroskopu na gyrokompas, aby se automaticky umístil na pravý sever, je nějaký mechanismus, který vede k aplikaci točivého momentu, kdykoli osa kompasu nesměřuje na sever.

Jedna metoda používá tření k aplikování potřebného točivého momentu: gyroskop v gyrokompasu není zcela volný, aby se sám přeorientoval; pokud je například zařízení připojené k ose ponořeno do viskózní kapaliny, bude tato tekutina odolávat změně orientace osy. Tato třecí síla způsobená kapalinou vede k točivému momentu působícímu na osu, což způsobí, že se osa otáčí ve směru kolmém k točivému momentu (tj. K precesi ) podél linie délky . Jakmile bude osa směřovat k nebeskému pólu, bude se zdát, že je nehybná a nezažije žádné další třecí síly. Je to proto, že pravý sever (nebo pravý jih) je jediný směr, pro který může gyroskop zůstat na povrchu Země a nemusí se měnit. Tato osová orientace je považována za bod minimální potenciální energie .

Další, praktičtější metodou je použití závaží k vynucení osy kompasu, aby zůstala vodorovná (kolmá ke směru středu Země), ale jinak jí umožnila volně se otáčet v horizontální rovině. V tomto případě gravitace aplikuje točivý moment nutící osu kompasu směrem k pravému severu. Protože váhy omezí osu kompasu tak, aby byla vodorovná vzhledem k zemskému povrchu, osa se nikdy nemůže vyrovnat se zemskou osou (kromě rovníku) a musí se při rotaci Země znovu vyrovnat. Ale s ohledem na zemský povrch se kompas bude jevit jako stacionární a směřující podél zemského povrchu k pravému severnímu pólu.

Vzhledem k tomu, že funkce gyrocompassu zaměřená na sever závisí na rotaci kolem osy Země, která způsobuje gyroskopickou precesi vyvolanou točivým momentem , nebude se správně orientovat na pravý sever, pokud se bude pohybovat velmi rychle ve směru z východu na západ, čímž neguje Rotace Země. Letadla však běžně používají směrové ukazatele nebo směrové gyroskopy , které nejsou gyroskopickými oběžnými dráhami a nepřesouvají se na sever přes precesi, ale jsou pravidelně ručně zarovnávány na magnetický sever.

Matematický model

Gyrokompas považujeme za gyroskop, který se může volně otáčet kolem jedné ze svých os symetrie, také celý rotující gyroskop se může volně otáčet v horizontální rovině kolem lokální vertikály. Proto existují dvě nezávislé lokální rotace. Kromě těchto rotací považujeme rotaci Země kolem její osy sever-jih (NS) a planetu modelujeme jako dokonalou sféru. Zanedbáváme tření a také rotaci Země kolem Slunce.

V tomto případě lze nerotujícího pozorovatele umístěného ve středu Země přiblížit jako setrvačný rám. Stanovíme kartézské souřadnice pro takového pozorovatele (kterého pojmenujeme 1-O) a barycentrum gyroskopu se nachází ve vzdálenosti od středu Země. ${\ displaystyle (X_ {1}, Y_ {1}, Z_ {1})}$${\ displaystyle R}$

První rotace závislá na čase

Uvažujme o jiném (neinerciálním) pozorovateli (2-O), který se nachází ve středu Země, ale otáčí se kolem osy NS o. Stanovíme souřadnice připojené k tomuto pozorovateli jako ${\ displaystyle \ Omega.}$

${\ displaystyle {\ begin {pmatrix} X_ {2} \\ Y_ {2} \\ Z_ {2} \ end {pmatrix}} = {\ begin {pmatrix} \ cos \ Omega t & \ sin \ Omega t & 0 \\ - \ sin \ Omega t & \ cos \ Omega t & 0 \\ 0 & 0 & 1 \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} X_ {1} \\ Y_ {1} \\ Z_ {1} \ end {pmatrix}}}$

takže jednotka versor je namapována na bod . Pro 2-O se Země ani barycentrum gyroskopu nepohybují. Rotace 2-O vzhledem k 1-O se provádí s úhlovou rychlostí . Předpokládáme, že osa označuje body s nulovou délkou (prvočíslo nebo greenwichský poledník). ${\ displaystyle {\ hat {X}} _ {1}}$${\ displaystyle (X_ {1} = 1, Y_ {1} = 0, Z_ {1} = 0) ^ {T}}$${\ displaystyle (X_ {2} = \ cos \ Omega t, Y_ {2} = - \ sin \ Omega t, Z_ {2} = 0) ^ {T}}$${\ displaystyle {\ vec {\ Omega}} = (0,0, \ Omega) ^ {T}}$${\ displaystyle X_ {2}}$

Druhá a třetí pevná rotace

Nyní rotujeme kolem osy, takže osa má délku barycentra. V tomto případě máme ${\ displaystyle \ textstyle Z_ {2}}$${\ displaystyle \ textstyle X_ {3}}$

${\ displaystyle {\ begin {pmatrix} X_ {3} \\ Y_ {3} \\ Z_ {3} \ end {pmatrix}} = {\ begin {pmatrix} \ cos \ Phi & \ sin \ Phi & 0 \\ - \ sin \ Phi & \ cos \ Phi & 0 \\ 0 & 0 & 1 \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} X_ {2} \\ Y_ {2} \\ Z_ {2} \ end {pmatrix}}.}$

S další rotací (kolem osy úhlu , společné zeměpisné šířky) uvedeme osu podél místního zenitu ( -osy) barycentra. Toho lze dosáhnout následující ortogonální maticí (s jednotkovým determinantem) ${\ displaystyle \ textový styl Y_ {3}}$${\ displaystyle \ textstyle \ delta}$${\ displaystyle \ textstyle Z_ {3}}$${\ displaystyle \ textstyle Z_ {4}}$

${\ displaystyle {\ begin {pmatrix} X_ {4} \\ Y_ {4} \\ Z_ {4} \ end {pmatrix}} = {\ begin {pmatrix} \ cos \ delta & 0 & - \ sin \ delta \\ 0 & 1 & 0 \\\ sin \ delta & 0 & \ cos \ delta \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} X_ {3} \\ Y_ {3} \\ Z_ {3} \ end {pmatrix}},}$

tak, že versor je namapován na bod ${\ displaystyle \ textstyle {\ hat {Z}} _ {3}}$${\ displaystyle \ textstyle (X_ {3} = 0, Y_ {3} = 0, Z_ {3} = 1) ^ {T}}$${\ displaystyle \ textstyle (X_ {4} = - \ sin \ delta, Y_ {4} = 0, Z_ {4} = \ cos \ delta) ^ {T}.}$

Konstantní překlad

Nyní zvolíme jiný základ souřadnic, jehož počátek se nachází v barycentru gyroskopu. To lze provést následujícím překladem podél osy zenitu

${\ displaystyle {\ begin {pmatrix} X_ {5} \\ Y_ {5} \\ Z_ {5} \ end {pmatrix}} = {\ begin {pmatrix} X_ {4} \\ Y_ {4} \\ Z_ {4} \ end {pmatrix}} - {\ begin {pmatrix} 0 \\ 0 \\ R \ end {pmatrix}},}$

takže původ nového systému je umístěn v bodě a je poloměrem Země. Nyní osa ukazuje směrem na jih. ${\ displaystyle (X_ {5} = 0, Y_ {5} = 0, Z_ {5} = 0) ^ {T}}$${\ displaystyle (X_ {4} = 0, Y_ {4} = 0, Z_ {4} = R) ^ {T},}$${\ displaystyle R}$${\ displaystyle X_ {5}}$

Čtvrtá časově závislá rotace

Nyní rotujeme kolem zenitové osy tak, aby byl nový souřadný systém připojen ke struktuře gyroskopu, takže pro pozorovatele v klidu v tomto souřadnicovém systému se gyrokompass otáčí pouze kolem své vlastní osy symetrie. V tomto případě najdeme ${\ displaystyle Z_ {5}}$

${\ displaystyle {\ begin {pmatrix} X_ {6} \\ Y_ {6} \\ Z_ {6} \ end {pmatrix}} = {\ begin {pmatrix} \ cos \ alpha & \ sin \ alpha & 0 \\ - \ sin \ alpha & \ cos \ alpha & 0 \\ 0 & 0 & 1 \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} X_ {5} \\ Y_ {5} \\ Z_ {5} \ end {pmatrix}}.}$

Osa symetrie gyrokompasu je nyní podél -osy. ${\ displaystyle X_ {6}}$

Poslední rotace závislá na čase

Poslední rotace je rotace na ose symetrie gyroskopu jako v

${\ displaystyle {\ begin {pmatrix} X_ {7} \\ Y_ {7} \\ Z_ {7} \ end {pmatrix}} = {\ begin {pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & \ cos \ psi & \ sin \ psi \\ 0 & - \ sin \ psi & \ cos \ psi \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} X_ {6} \\ Y_ {6} \\ Z_ {6} \ end {pmatrix}}.}$

Dynamika systému

Jelikož se výška barycentra gyroskopu nemění (a počátek souřadného systému se nachází ve stejném bodě), je jeho gravitační potenciální energie konstantní. Proto jeho Lagrangian odpovídá pouze jeho kinetické energii . My máme ${\ displaystyle {\ mathcal {L}}}$${\ displaystyle K}$

${\ displaystyle {\ mathcal {L}} = K = {\ frac {1} {2}} {\ vec {\ omega}} ^ {T} já {\ vec {\ omega}} + {\ frac {1 } {2}} M {\ vec {v}} _ {\ rm {CM}} ^ {2},}$

kde je hmotnost gyroskopu a ${\ displaystyle M}$

${\ displaystyle {\ vec {v}} _ {\ rm {CM}} ^ {2} = \ Omega ^ {2} R ^ {2} \ sin ^ {2} \ delta = {\ rm {stálá}} }$

je čtvercová setrvačná rychlost počátku souřadnic konečného souřadnicového systému (tj. těžiště). Tento konstantní člen nemá vliv na dynamiku gyroskopu a lze jej zanedbávat. Na druhou stranu je tenzor setrvačnosti dán vztahem

${\ displaystyle I = {\ begin {pmatrix} I_ {1} & 0 & 0 \\ 0 & I_ {2} & 0 \\ 0 & 0 & I_ {2} \ end {pmatrix}}}$

a

${\ displaystyle {\ begin {aligned} {\ vec {\ omega}} & = {\ begin {pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & \ cos \ psi & \ sin \ psi \\ 0 & - \ sin \ psi & \ cos \ psi \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} {\ dot {\ psi}} \\ 0 \\ 0 \ end {pmatrix}} + {\ begin {pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & \ cos \ psi & \ sin \ psi \\ 0 & - \ sin \ psi & \ cos \ psi \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} \ cos \ alpha & \ sin \ alpha & 0 \\ - \ sin \ alpha & \ cos \ alpha & 0 \\ 0 & 0 & 1 \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} 0 \\ 0 \\ {\ dot {\ alpha}} \ end {pmatrix}} \\ & \ qquad + {\ begin {pmatrix} 1 & 0 & 0 \ \ 0 & \ cos \ psi & \ sin \ psi \\ 0 & - \ sin \ psi & \ cos \ psi \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} \ cos \ alpha & \ sin \ alpha & 0 \\ - \ sin \ alpha & \ cos \ alpha & 0 \\ 0 & 0 & 1 \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} \ cos \ delta & 0 & - \ sin \ delta \\ 0 & 1 & 0 \\\ sin \ delta & 0 & \ cos \ delta \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} \ cos \ Phi & \ sin \ Phi & 0 \\ - \ sin \ Phi & \ cos \ Phi & 0 \\ 0 & 0 & 1 \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} \ cos \ Omega t & \ sin \ Omega t & 0 \\ - \ sin \ Omega t & \ cos \ Omega t & 0 \\ 0 & 0 & 1 \ end {pmatrix}} {\ begin {pmatrix} 0 \\ 0 \\\ Omega \ end {pmatrix}} \\ & = {\ begin {pmatrix} {\ dot {\ psi}} \\ 0 \\ 0 \\\ end {pmatrix}} + {\ begin {pmatr ix} 0 \\ {\ dot {\ alpha}} \ sin \ psi \\ {\ dot {\ alpha}} \ cos \ psi \ end {pmatrix}} + {\ begin {pmatrix} - \ Omega \ sin \ delta \ cos \ alpha \\\ Omega (\ sin \ delta \ sin \ alpha \ cos \ psi + \ cos \ delta \ sin \ psi) \\\ Omega (- \ sin \ delta \ sin \ alpha \ sin \ psi + \ cos \ delta \ cos \ psi) \ end {pmatrix}} \ end {zarovnáno}}}$

Proto jsme našli

${\ displaystyle {\ begin {aligned} {\ mathcal {L}} & = {\ frac {1} {2}} \ left [I_ {1} \ omega _ {1} ^ {2} + I_ {2} \ left (\ omega _ {2} ^ {2} + \ omega _ {3} ^ {2} \ right) \ right] \\ & = {\ frac {1} {2}} I_ {1} \ left ({\ dot {\ psi}} - \ Omega \ sin \ delta \ cos \ alpha \ right) ^ {2} + {\ frac {1} {2}} I_ {2} \ left \ {\ left [{ \ dot {\ alpha}} \ sin \ psi + \ Omega (\ sin \ delta \ sin \ alpha \ cos \ psi + \ cos \ delta \ sin \ psi) \ doprava] ^ {2} + \ doleva [{\ tečka {\ alpha}} \ cos \ psi + \ Omega (- \ sin \ delta \ sin \ alpha \ sin \ psi + \ cos \ delta \ cos \ psi) \ vpravo] ^ {2} \ vpravo \} \\ & = {\ frac {1} {2}} I_ {1} \ left ({\ dot {\ psi}} - \ Omega \ sin \ delta \ cos \ alpha \ right) ^ {2} + {\ frac { 1} {2}} I_ {2} \ left \ {{\ dot {\ alpha}} ^ {2} + \ Omega ^ {2} \ left (\ cos ^ {2} \ delta + \ sin ^ {2 } \ alpha \ sin ^ {2} \ delta \ right) +2 {\ dot {\ alpha}} \ Omega \ cos \ delta \ right \} \ end {zarovnáno}}}$

Lagrangian lze přepsat jako

${\ displaystyle {\ mathcal {L}} = {\ mathcal {L}} _ {1} + {\ frac {1} {2}} I_ {2} \ Omega ^ {2} \ cos ^ {2} \ delta + {\ frac {d} {dt}} (I_ {2} \ alpha \ Omega \ cos \ delta),}$

kde

${\ displaystyle {\ mathcal {L}} _ {1} = {\ frac {1} {2}} I_ {1} \ left ({\ dot {\ psi}} - \ Omega \ sin \ delta \ cos \ alpha \ right) ^ {2} + {\ frac {1} {2}} I_ {2} \ left ({\ dot {\ alpha}} ^ {2} + \ Omega ^ {2} \ sin ^ {2 } \ alpha \ sin ^ {2} \ delta \ right)}$

je součástí Lagrangeovy odpovědné za dynamiku systému. Potom, protože , zjistíme ${\ displaystyle \ částečné {\ mathcal {L}} _ {1} / \ částečné \ psi = 0}$

${\ displaystyle L_ {x} \ ekviv {\ frac {\ částečné {\ mathcal {L}} _ {1}} {\ částečné {\ dot {\ psi}}}}} = I_ {1} \ vlevo ({\ tečka {\ psi}} - \ Omega \ sin \ delta \ cos \ alpha \ right) = \ mathrm {konstantní}.}$

Protože moment hybnosti gyrokompasu je dán tím , vidíme, že konstanta je složkou momentu hybnosti kolem osy symetrie. Dále najdeme pohybovou rovnici proměnné jako ${\ displaystyle {\ vec {L}}}$${\ displaystyle {\ vec {L}} = já {\ vec {\ omega}},}$${\ displaystyle L_ {x}}$${\ displaystyle \ alpha}$

${\ displaystyle {\ frac {d} {dt}} \ vlevo ({\ frac {\ částečné {\ mathcal {L}} _ {1}} {\ částečné {\ dot {\ alfa}}}}} vpravo) = {\ frac {\ částečné {\ mathcal {L}} _ {1}} {\ částečné \ alfa}},}$

nebo

${\ displaystyle {\ begin {aligned} I_ {2} {\ ddot {\ alpha}} & = I_ {1} \ Omega \ left ({\ dot {\ psi}} - \ Omega \ sin \ delta \ cos \ alpha \ right) \ sin \ delta \ sin \ alpha + {\ frac {1} {2}} I_ {2} \ Omega ^ {2} \ sin ^ {2} \ delta \ sin 2 \ alpha \\ & = L_ {x} \ Omega \ sin \ delta \ sin \ alpha + {\ frac {1} {2}} I_ {2} \ Omega ^ {2} \ sin ^ {2} \ delta \ sin 2 \ alpha \ end {zarovnaný}}}$

Zvláštní případ: póly

Na pólech, které najdeme, se stanou pohybové rovnice ${\ displaystyle \ sin \ delta = 0,}$

${\ displaystyle {\ begin {aligned} L_ {x} & = I_ {1} {\ dot {\ psi}} = \ mathrm {constant} \\ I_ {2} {\ ddot {\ alpha}} & = 0 \ end {zarovnáno}}}$

Toto jednoduché řešení naznačuje, že gyroskop se rovnoměrně otáčí s konstantní úhlovou rychlostí ve svislé i symetrické ose.

Obecný a fyzicky relevantní případ

Předpokládejme nyní, že a to , tj. Osa gyroskopu, je přibližně podél linie sever-jih, a pojďme najít prostor parametrů (pokud existuje), pro který systém připouští stabilní malé oscilace o stejné linii. Pokud nastane tato situace, gyroskop bude vždy přibližně zarovnán podél linie sever-jih, přičemž bude udávat směr. V tomto případě najdeme ${\ displaystyle \ sin \ delta \ neq 0}$${\ displaystyle \ alpha \ přibližně 0}$

${\ displaystyle {\ begin {zarovnáno} L_ {x} & \ přibližně I_ {1} \ vlevo ({\ dot {\ psi}} - \ Omega \ sin \ delta \ right) \\ I_ {2} {\ ddot {\ alpha}} & \ přibližně \ vlevo (L_ {x} \ Omega \ sin \ delta + I_ {2} \ Omega ^ {2} \ sin ^ {2} \ delta \ right) \ alpha \ end {zarovnáno} }}$

Zvažte případ

${\ displaystyle L_ {x} <0,}$

a dále umožňujeme rychlé gyroskopické rotace

${\ displaystyle \ left | {\ dot {\ psi}} \ right | \ gg \ Omega.}$

Proto pro rychlé rotující rotace znamená V tomto případě se pohybové rovnice dále zjednodušují na ${\ displaystyle L_ {x} <0}$${\ displaystyle {\ dot {\ psi}} <0.}$

${\ displaystyle {\ begin {zarovnáno} L_ {x} & \ cca -I_ {1} \ vlevo | {\ dot {\ psi}} \ vpravo | \ přibližně \ mathrm {konstantní} \\ I_ {2} {\ ddot {\ alpha}} & \ cca -I_ {1} \ vlevo | {\ dot {\ psi}} \ vpravo | \ Omega \ sin \ delta \ alpha \ end {zarovnáno}}}$

Proto nacházíme malé oscilace kolem severojižní čáry, kde úhlová rychlost tohoto harmonického pohybu osy symetrie gyrokompasu kolem severojižní čáry je dána vztahem ${\ displaystyle \ alpha \ cca A \ sin ({\ tilde {\ omega}} t + B)}$

${\ displaystyle {\ tilde {\ omega}} = {\ sqrt {\ frac {I_ {1} \ sin \ delta} {I_ {2}}}} {\ sqrt {\ left | {\ dot {\ psi} } \ vpravo | \ Omega}},}$

což odpovídá období pro oscilace dané

${\ displaystyle T = {\ frac {2 \ pi} {\ sqrt {\ vlevo | {\ dot {\ psi}} \ vpravo | \ Omega}}} {\ sqrt {\ frac {I_ {2}} {I_ {1} \ sin \ delta}}}.}$

Proto je úměrná geometrickému průměru Země a rotujícím úhlovým rychlostem. Abychom měli malé oscilace, požadovali jsme , aby se sever nacházel ve směru pravého pravidla osy otáčení, tj. V záporném směru osy, osy symetrie. Výsledkem je, že při měření (a znalostech ) lze odvodit místní společnou šířku ${\ displaystyle {\ tilde {\ omega}}}$${\ displaystyle {\ dot {\ psi}} <0}$${\ displaystyle X_ {7}}$${\ displaystyle T}$${\ displaystyle {\ dot {\ psi}}}$${\ displaystyle \ delta.}$

Dějiny

První, dosud neúčinná, forma gyrokompasu byla patentována v roce 1885 Marinem Gerardusem van den Bosem. Použitelný gyrokompas vynalezl v roce 1906 v Německu Hermann Anschütz-Kaempfe a po úspěšných testech v roce 1908 se široce používal v německém císařském námořnictvu. Anschütz-Kaempfe založila společnost Anschütz & Co. v Kielu , aby hromadně vyráběla gyrokompasy; dnes je společností Raytheon Anschütz GmbH. Gyroskopický kompas byl důležitým vynálezem pro námořní navigaci, protože umožňoval přesné určení polohy plavidla po celou dobu bez ohledu na pohyb plavidla, počasí a množství oceli použité při stavbě lodi.

Ve Spojených státech společnost Elmer Ambrose Sperry vyrobila funkční gyroskopický systém (1908: patent č. 1 242 065) a založila společnost Sperry Gyroscope Company . Jednotka byla přijata americkým námořnictvem (1911) a hrála hlavní roli v první světové válce. Námořnictvo také začalo používat Sperryho „Metal Mike“: první systém řízení autopilota vedený gyroskopem. V následujících desetiletích byla tato a další zařízení Sperry přijata parníky jako RMS Queen Mary , letadly a válečnými loděmi druhé světové války. Po jeho smrti v roce 1930 pojmenovalo námořnictvo po něm USS Sperry .

Mezitím v roce 1913 C. Plath (německý výrobce navigačního vybavení sextanty a magnetické kompasy se sídlem v Hamburku) vyvinul první gyrokompas, který má být instalován na komerční lodi. C. Plath prodal mnoho gyrokompasů Weems 'School for Navigation v Annapolis, MD, a brzy zakladatelé každé organizace vytvořili alianci a stali se Weems & Plath.

Před úspěchem gyrokompasu bylo v Evropě učiněno několik pokusů použít místo toho gyroskop. V roce 1880 se William Thomson (lord Kelvin) pokusil navrhnout britskému námořnictvu gyrostat (tope). V roce 1889 Arthur Krebs upravil pro francouzské námořnictvo elektrický motor na mořský gyroskop Dumoulin-Froment. To dalo ponorce Gymnote schopnost udržovat přímku pod vodou několik hodin a umožnilo jí to vynutit si námořní blok v roce 1890.

V roce 1923 Max Schuler publikoval článek, který obsahoval jeho pozorování, že pokud gyrokompas vlastní Schulerovo ladění tak, že má periodu oscilace 84,4 minut (což je orbitální doba pomyslného satelitu obíhajícího kolem Země na hladině moře), pak by to mohlo být jsou necitlivé na boční pohyb a udržují směrovou stabilitu.

Chyby

Gyrocompass podléhá určitým chybám. Patří mezi ně chyba napařování, kdy rychlé změny kurzu, rychlosti a zeměpisné šířky způsobují odchylku, než se gyroskop může sám přizpůsobit. Na většině moderních lodí GPS nebo jiné navigační pomůcky přivádějí data do gyrokompasu, což umožňuje malému počítači použít korekci. Alternativně design založený na architektuře strapdown (včetně triády gyroskopů z optických vláken, gyroskopů s kruhovým laserem nebo polokulových rezonátorových gyroskopů a triády akcelerometrů) tyto chyby odstraní, protože nezávisí na mechanických částech, aby určily rychlost otáčení.

Patenty

• US patent 1 279 471  : „Gyroskopický kompas“ EA Sperry , podaný červen 1911; vydáno září 1918

Viz také

• Zkratky a zkratky v avionice
• Ukazatel směru , také známý jako ukazatel směru, lehký gyroskop (nikoli gyroskop) používaný v letadle
• HRG gyrokompas
• Fluxgate kompas
• Gyrocompass z optických vláken
• Inerciální navigační systém , složitější systém, který zahrnuje také akcelerometry
• Schulerovo ladění
• Binnacle

Poznámky

Reference

Bibliografie

• Trenér, Matthew (2008). „Znalecké posudky Alberta Einsteina ke sporu o patent na gyrocompass Sperry vs. Anschütz“. Světové patentové informace . 30 (4): 320–325. doi : 10.1016 / j.wpi.2008.05.003 .

externí odkazy

• Soubory případů: Elmer A. Sperry z Franklinova institutu obsahuje záznamy týkající se jeho Franklinovy ​​ceny za gyroskopický kompas z roku 1914
• „War Job Thought Impossible“ , příběh hromadné výroby dříve ručně vyráběných gyrokompasů Chrysler Corporation pro námořní potřeby druhé světové války.