第4章-陀螺罗经-第一节 一、二、三

一、陀螺罗经概述1.陀螺罗经的发展概况：2.陀螺罗经的分类3.陀螺罗经与磁罗经比较其优点：

航海罗经:指示船舶航向C和测定目标方位。磁罗经：结构简单、使用方便、安全可靠。但存在较大的罗经差。与磁无关、精度高、能工作于高纬度、可带20个左右的分罗经，实现自动操舵。第四章陀螺罗经第一节陀螺罗经的发展概况◆1852年法物理学家LeonFoucault（列昂·福科）1911年美――斯伯利37型1959年英美（英BROWN轻巧，美ARMA的液浮三自由度陀螺仪相结合）――阿玛－勃朗10型1908年德――安许茨4型提出利用陀螺仪作为指示方向仪器的设想S.G.BROWNSGB1000S其一是采用液浮支承的下重式双转子陀螺罗经；其二是采用弹性支承的上重式单转子水银器罗经。一、陀螺罗经概述MK37VTDigitalGyrocompassFOGCompassFOG——FiberOpticGyros趋势小型化；采用新技术以减化维修保养工作；发展新型罗经(激光陀螺罗经、平台罗经、光纤陀螺罗经等)一、陀螺罗经概述光纤陀螺罗经1913年萨格纳克(Sagnac)首先论证了运用无运动部件的光学系统能够检测出相对惯性空间的旋转的奇特物理现象，现称Sagnac效应。1976年美国犹他大学的Vail和Shorthill论证了第一个光纤陀螺。体积小、精度高、启动时间短、动态范围宽、重量轻功耗小、全固态、可集成应用：陆地、航空、航天、航海航海：航向、航向回转速率、横、纵摇角度和角速度的船舶运动姿态的信息源。一、陀螺罗经概述安许茨系列陀螺罗经：斯伯利系列陀螺罗经：阿玛－勃朗系列陀螺罗经：

（1）．系列（结构原理）：一、陀螺罗经概述单转子罗经：――――斯伯利系列、阿玛－勃朗系列双转子罗经：――――安许茨系列（3）．对陀螺施加力矩的方式：机械摆式：――――安许茨系列、斯伯利系列电控式：

――――阿玛－勃朗系列（2）．（灵敏部分所具有的）转子个数：国产DH—1型、CLP—1型一、陀螺罗经概述（一）陀螺仪(gyroscope)的概念1．定义：高速旋转的对称钢体（转子）及保证转子自转轴（主轴）能指空间任意方向的悬挂装置的总称。2．结构：构成3自由度陀螺仪

主轴――OX其正方向指北（主轴指北端）

且主轴动量矩：水平轴－OY（内环）垂直轴－OZ（外环）二、陀螺仪及其特性三自由度陀螺仪

4．自由陀螺仪：3．平衡陀螺仪：重心与支架中心点相重合的3自由度陀螺仪。不受任何外力矩作用的平衡陀螺仪。二、陀螺仪及其特性悬挂装置:润滑油◆液浮方式：——安休茨罗经二、陀螺仪及其特性叉形随动环方位齿轮方位电机方位放大器随动变压器垂直环陀螺马达陀螺球◆轴承方式：——斯伯利系列罗经二、陀螺仪及其特性◆扭丝方式：阿玛－勃朗型罗经二、陀螺仪及其特性广义来讲，凡能产生陀螺效应的装置可称为陀螺仪。（二）陀螺仪的基本特性1．现象：a

b（1）动量矩定理：

（2）赖柴尔定理：

c

d

外力矩=动量矩矢端的线速度

进动公式：结论：表示为当外力矩作用的方向与动量矩的方向垂直时，在动量矩矢端将产生一个线速度，该线速度的大小与外力矩相等，方向与外力矩的方向相同。结论：二、陀螺仪及其特性（2）进动性：在外力矩M的作用下，陀螺仪主轴的动量矩H矢端以捷径趋向外力矩M矢端，作进动运动或旋进运动。（H→M）例：1－1

P4Fig1-42．基本特性：（1）定轴性：在不受任何外力矩作用时,自由陀螺仪的主轴将保持它的空间的初始方向不变。（即惯性空间）进动方向：右手定则二、陀螺仪及其特性陀螺仪坐标系

二、陀螺仪及其特性既然自由陀螺仪高速旋转后，主轴ox指向空间方向未变，那么只要把陀螺仪主轴ox对准真北，然后启动转子使其高速旋转，主轴不是能指北了吗?自由陀螺仪的视运动(定义、原因、现象、实质、规律）要点提示一．陀螺仪(gyroscope)的概念1．定义：2.平衡陀螺仪：3.自由陀螺仪：二．陀螺仪的基本特性（1）定轴性：（2）进动性：（3）进动公式三、

陀螺仪主轴的运动方程式1．参考坐标系：以陀螺仪支架点O为公共原点（1）地理坐标系（航海学上常用的）ONWZ。：N－指北；W指西；Z。指天顶

；（2）陀螺坐标系（动坐标）OXYZ：OX与主轴重合；OY与内环上的水平轴重合；OZ与外环上的垂直轴重合；（3）惯性坐标系：是相对惯性空间固定不动的坐标系，它代表惯性空间。

（不常用）。

陀螺坐标系方位角α和高度角θ的确定

（3）陀螺座标系相对于惯性空间的运动为绝对运动，实际上是相对运动与牵连运动的矢量和。上述三个座标系之间的运动关系是：（1）陀螺座标系相对地理座标系之间的运动为相对运动；（2）地理座标系的运动代表地球自转运动及船舶运动在内的牵连运动；三、陀螺仪主轴的运动方程式即书上所讨论的陀螺仪的运动都是指相对惯性空间的绝对运动！1-9三、陀螺仪主轴的运动方程式相对惯性空间固定不动的坐标系1-9三、陀螺仪主轴的运动方程式三、陀螺仪主轴的运动方程式2．几个夹角的定义：（1）方位角α：主轴OX与子午面的水平夹角。

规定：当α＞0时，主轴偏在子午面之西；

α＜0时，主轴偏在子午面之东。（2）高度角θ：主轴OX与水平面的垂直夹角。

规定：当θ＞0时，主轴偏在水平面之下；

θ＜0时，主轴偏在水平面之上。（3）纬度角：地轴与ON轴的夹角。

规定：当＞0时，主轴位于北纬某处；