Gyrocompass - Gyrocompass

Et gyrokompass er en type av ikke-magnetisk kompass som er basert på en hurtig roterende skive og rotasjonen av jorden (eller en annen planet legeme hvis det brukes andre steder i universet) for å finne den geografiske retning automatisk. Bruk av gyrokompass er en av de syv grunnleggende måtene å bestemme kursen til et kjøretøy. Et gyroskop er en viktig komponent i et gyrokompass, men de er forskjellige enheter; et gyrokompass er bygget for å bruke effekten av gyroskopisk presesjon , som er et karakteristisk aspekt av den generelle gyroskopiske effekten . Gyrocompasses er mye brukt til navigering på skip , fordi de har to betydelige fordeler i forhold til magnetiske kompasser :

• de finner sant nord som bestemt av aksen for jordens rotasjon , som er forskjellig fra, og navigasjonsmessig mer nyttig enn magnetisk nord , og
• de er upåvirket av ferromagnetiske materialer, så som i en skipsstålskroget , som forvrenge magnetfeltet .

Fly bruker ofte gyroskopiske instrumenter (men ikke gyrokompass) for navigering og holdningsovervåking; For detaljer, se Flight instrumenter og Gyroskopiske autopilot .

Operasjon

Et gyroskop , ikke å forveksle med gyrokompass, er et snurrhjul montert på et sett med gimbaler slik at aksen er fri til å orientere seg på noen måte. Når det blir spunnet opp til hastighet med aksen som peker i en retning, på grunn av loven om bevaring av vinkelmoment , vil et slikt hjul normalt opprettholde sin opprinnelige orientering til et fast punkt i verdensrommet (ikke til et fast punkt på jorden) . Siden planeten vår roterer, ser det ut til en stasjonær observatør på jorden at et gyroskops akse fullfører en full rotasjon en gang hver 24. time. Et slikt roterende gyroskop brukes til navigering i noen tilfeller, for eksempel på fly, der det er kjent som kursindikator eller retningsgivende gyro, men som vanligvis ikke kan brukes til langvarig marin navigasjon. Den avgjørende tilleggsingrediensen som trengs for å gjøre et gyroskop til et gyrokompass, slik at det automatisk vil posisjonere seg til sant nord, er en mekanisme som resulterer i en påføring av dreiemoment når kompassets akse ikke peker nordover.

En metode bruker friksjon for å bruke det nødvendige dreiemomentet: gyroskopet i et gyrokompass er ikke helt fritt til å omorganisere seg; hvis for eksempel en enhet som er koblet til aksen, er nedsenket i en tyktflytende væske, vil fluidet motstå reorientering av aksen. Denne friksjonskraften forårsaket av væsken resulterer i et dreiemoment som virker på aksen, og får aksen til å dreie i en retning som er vinkelrett på dreiemomentet (det vil si til forgjengeren ) langs en lengdegrad . Når aksen peker mot himmelpolen, ser den ut til å være stasjonær og vil ikke oppleve flere friksjonskrefter. Dette er fordi sant nord (eller sant sør) er den eneste retningen gyroskopet kan forbli på jordens overflate og ikke kreves for å endre seg. Denne akseorienteringen anses å være et punkt med minimum potensiell energi .

En annen, mer praktisk metode er å bruke vekter for å tvinge kompassets akse til å forbli horisontal (vinkelrett på retning av midten av jorden), men ellers la det rotere fritt i horisontalplanet. I dette tilfellet vil tyngdekraften bruke et dreiemoment som tvinger kompassets akse mot ekte nord. Fordi vektene vil begrense kompassets akse til å være vannrett i forhold til jordoverflaten, kan aksen aldri justeres med jordas akse (unntatt på ekvator) og må justere seg selv når jorden roterer. Men med hensyn til jordoverflaten, vil kompasset se ut til å være stille og peke langs jordoverflaten mot den sanne nordpolen.

Siden gyrokompassets nord-søkende funksjon avhenger av rotasjonen rundt jordaksen som forårsaker dreiemomentindusert gyroskopisk presesjon , vil den ikke orientere seg riktig mot sant nord hvis den beveges veldig raskt i øst til vest-retning, og negerer dermed Jordens rotasjon. Imidlertid bruker fly ofte kursindikatorer eller retningsstyrte gyroer , som ikke er gyrokompasser og ikke retter seg mot nord via presesjon, men periodisk justeres manuelt til magnetisk nord.

Matematisk modell

Vi betrakter et gyrokompass som et gyroskop som er fritt til å rotere rundt en av symmetriaksene, også er det hele roterende gyroskopet fritt til å rotere på det horisontale planet rundt den lokale vertikale. Derfor er det to uavhengige lokale rotasjoner. I tillegg til disse rotasjonene anser vi jordens rotasjon rundt sin nord-sør-akse (NS), og vi modellerer planeten som en perfekt sfære. Vi forsømmer friksjon og også jordens rotasjon rundt solen.

I dette tilfellet kan en ikke-roterende observatør plassert i midten av jorden tilnærmes som en inertial ramme. Vi etablerer kartesiske koordinater for en slik observatør (som vi kaller 1-O), og gyroskopets barycenter ligger i en avstand fra sentrum av jorden. ${\ displaystyle (X_ {1}, Y_ {1}, Z_ {1})}$${\ displaystyle R}$

Første gangavhengig rotasjon

Tenk på en annen (ikke-inertial) observatør (2-O) som ligger midt på jorden, men som roterer rundt NS-aksen ved å etablere koordinater knyttet til denne observatøren som ${\ displaystyle \ Omega.}$

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

slik at enheten versor er tilordnet til det punktet . For 2-O beveger verken jorden eller barycenteret til gyroskopet seg. Rotasjonen av 2-O i forhold til 1-O utføres med vinkelhastighet . Vi antar at aksen betegner poeng med null lengdegrad (prim, eller Greenwich, meridian). ${\ 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}}$

Andre og tredje faste rotasjoner

Vi roterer nå rundt aksen, slik at -aksen har lengdene til barycenter. I dette tilfellet har vi det ${\ displaystyle \ textstyle Z_ {2}}$${\ displaystyle \ textstyle X_ {3}}$

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

Med neste rotasjon (omtrent aksen til en vinkel , ko-breddegrad) bringer vi aksen langs den lokale seniten ( -aksen) til barycenter. Dette kan oppnås ved hjelp av følgende ortogonale matrise (med enhetsdeterminant) ${\ displaystyle \ textstyle Y_ {3}}$${\ displaystyle \ textstyle \ delta}$${\ displaystyle \ textstyle Z_ {3}}$${\ displaystyle \ textstyle Z_ {4}}$

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

slik at versoren blir kartlagt til poenget ${\ 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}.}$

Konstant oversettelse

Vi velger nå et annet koordinatgrunnlag hvis opprinnelse ligger i gyroskopets barycenter. Dette kan utføres med følgende oversettelse langs senitaksen

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

slik at opprinnelsen til det nye systemet ligger på punktet og er jordens radius. Nå peker -aksien mot sør retning. ${\ 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}}$

Fjerde tidsavhengig rotasjon

Nå roterer vi rundt senitaksen slik at det nye koordinatsystemet er festet til strukturen til gyroskopet, slik at gyrokompasset bare roterer rundt sin egen symmetriakse for en observatør i ro i dette koordinatsystemet. I dette tilfellet finner vi ${\ displaystyle Z_ {5}}$

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

Symmetriaksen til gyrokompasset er nå langs -aksen. ${\ displaystyle X_ {6}}$

Siste tidsavhengig rotasjon

Den siste rotasjonen er en rotasjon på symmetriaksen til gyroskopet som i

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

Dynamikk i systemet

Siden høyden på gyroskopets barycenter ikke endres (og opprinnelsen til koordinatsystemet ligger på samme punkt), er gravitasjonspotensialenergien konstant. Derfor tilsvarer Lagrangian kun sin kinetiske energi . Vi har ${\ displaystyle {\ mathcal {L}}}$${\ displaystyle K}$

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

hvor er gyroskopets masse, og ${\ displaystyle M}$

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

er den kvadratiske treghastigheten til opprinnelsen til koordinatene til det endelige koordinatsystemet (dvs. massesenteret). Denne konstante betegnelsen påvirker ikke gyroskopets dynamikk, og den kan neglisjeres. På den annen side er treghetstensoren gitt av

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

og

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

Derfor finner vi

${\ displaystyle {\ begin {align} {\ mathcal {L}} & = {\ frac {1} {2}} \ left [I_ {1} \ omega _ {1} ^ {2} + I_ {2} \ left (\ omega _ {2} ^ {2} + \ omega _ {3} ^ {2} \ right) \ right] \\ & = {\ frac {1} {2}} I_ {1} \ left ({\ dot {\ psi}} - \ Omega \ sin \ delta \ cos \ alpha \ right) ^ {2} + {\ frac {1} {2}} I_ {2} \ left \ {\ left [{ \ dot {\ alpha}} \ sin \ psi + \ Omega (\ sin \ delta \ sin \ alpha \ cos \ psi + \ cos \ delta \ sin \ psi) \ høyre] ^ {2} + \ venstre [{\ prik {\ alpha}} \ cos \ psi + \ Omega (- \ sin \ delta \ sin \ alpha \ sin \ psi + \ cos \ delta \ cos \ psi) \ høyre] ^ {2} \ høyre \} \\ & = {\ frac {1} {2}} I_ {1} \ left ({\ dot {\ psi}} - \ Omega \ sin \ delta \ cos \ alpha \ right) ^ {2} + {\ frac { 1} {2}} I_ {2} \ left \ {{\ dot {\ alpha}} ^ {2} + \ Omega ^ {2} \ left (\ cos ^ {2} \ delta + \ sin ^ {2 } \ alpha \ sin ^ {2} \ delta \ høyre) +2 {\ punkt {\ alpha}} \ Omega \ cos \ delta \ høyre \} \ slutt {justert}}}$

Lagrangian kan skrives om som

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

hvor

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

er den delen av Lagrangian som er ansvarlig for dynamikken i systemet. Så, siden , finner vi ut ${\ displaystyle \ partial {\ mathcal {L}} _ {1} / \ partial \ psi = 0}$

${\ displaystyle L_ {x} \ equiv {\ frac {\ partial {\ mathcal {L}} _ {1}} {\ partial {\ dot {\ psi}}}} = I_ {1} \ left ({\ punkt {\ psi}} - \ Omega \ sin \ delta \ cos \ alpha \ right) = \ mathrm {konstant}.}$

Siden gyrokompassets vinkelmoment er gitt av, ser vi at konstanten er komponenten av vinkelmomentet rundt symmetriaksen. Videre finner vi bevegelsesligningen for variabelen som ${\ displaystyle {\ vec {L}}}$${\ displaystyle {\ vec {L}} = I {\ vec {\ omega}},}$${\ displaystyle L_ {x}}$${\ displaystyle \ alpha}$

${\ displaystyle {\ frac {d} {dt}} \ left ({\ frac {\ partial {\ mathcal {L}} _ {1}} {\ partial {\ dot {\ alpha}}}} \ right) = {\ frac {\ partial {\ mathcal {L}} _ {1}} {\ partial \ alpha}},}$

eller

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

Spesielt tilfelle: stolpene

På polene finner vi og bevegelsesligningene blir ${\ displaystyle \ sin \ delta = 0,}$

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

Denne enkle løsningen innebærer at gyroskopet roterer jevnt med konstant vinkelhastighet i både den vertikale og symmetriske aksen.

Den generelle og fysisk relevante saken

La oss anta at det og det , det er gyroskopets akse, er omtrent langs nord-sør-linjen, og la oss finne parameterområdet (hvis det eksisterer) som systemet tillater stabile små svingninger rundt denne samme linjen. Hvis denne situasjonen oppstår, vil gyroskopet alltid være omtrent justert langs nord-sør-linjen og gi retning. I dette tilfellet finner vi ${\ displaystyle \ sin \ delta \ neq 0}$${\ displaystyle \ alpha \ approx 0}$

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

Tenk på saken som

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

og videre tillater vi raske gyro-rotasjoner, det vil si

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

Derfor for rask roterende rotasjoner innebærer I dette tilfellet forenkler bevegelsesligningene ytterligere til ${\ displaystyle L_ {x} <0}$${\ displaystyle {\ dot {\ psi}} <0.}$

${\ displaystyle {\ begin {align} L_ {x} & \ approx -I_ {1} \ left | {\ dot {\ psi}} \ right | \ approx \ mathrm {constant} \\ I_ {2} {\ ddot {\ alpha}} & \ approx -I_ {1} \ left | {\ dot {\ psi}} \ right | \ Omega \ sin \ delta \ alpha \ end {align}}}$

Derfor finner vi små svingninger rundt nord-sør-linjen, som hvor vinkelhastigheten til denne harmoniske bevegelsen av gyrokompassens symmetriakse om nord-sør-linjen er gitt av ${\ displaystyle \ alpha \ approx A \ sin ({\ tilde {\ omega}} t + B)}$

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

som tilsvarer en periode for svingningene gitt av

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

Derfor er proporsjonal med det geometriske gjennomsnittet av jorden og spinnende vinkelhastigheter. For å ha små svingninger har vi krevd , slik at Nord er plassert langs høyre-retning av spinnaksen, det vil si den negative retningen til -aksen, symmetriaksen. Som et sideresultat, når man måler (og vet ), kan man utlede den lokale ko-breddegraden ${\ displaystyle {\ tilde {\ omega}}}$${\ displaystyle {\ dot {\ psi}} <0}$${\ displaystyle X_ {7}}$${\ displaystyle T}$${\ displaystyle {\ dot {\ psi}}}$${\ displaystyle \ delta.}$

Historie

Den første, ennå ikke praktiske, formen for gyrokompass ble patentert i 1885 av Marinus Gerardus van den Bos. Et brukbart gyrokompass ble oppfunnet i 1906 i Tyskland av Hermann Anschütz-Kaempfe , og etter vellykkede tester i 1908 ble det mye brukt i den tyske keiserflåten. Anschütz-Kaempfe grunnla selskapet Anschütz & Co. i Kiel , for å masseprodusere gyrokompasser; selskapet er i dag Raytheon Anschütz GmbH. Gyrokompasset var en viktig oppfinnelse for nautisk navigasjon fordi det tillot nøyaktig bestemmelse av fartøyets beliggenhet til enhver tid, uavhengig av fartøyets bevegelse, været og mengden stål som ble brukt i konstruksjonen av skipet.

I USA produserte Elmer Ambrose Sperry et brukbart gyrokompasssystem (1908: patent nr. 1 242 065), og grunnla Sperry Gyroscope Company . Enheten ble adoptert av den amerikanske marinen (1911), og spilte en viktig rolle i første verdenskrig. Marinen begynte også å bruke Sperrys "Metal Mike": det første gyroskopstyrte autopilotstyringssystemet. I de neste tiårene ble disse og andre Sperry-enheter vedtatt av dampskip som RMS Queen Mary , fly og krigsskipene fra andre verdenskrig. Etter hans død i 1930 oppkalte marinen USS Sperry etter ham.

I mellomtiden utviklet C. Plath (en produsent av navigasjonsutstyr i Hamburg, Tyskland, inkludert sekstanter og magnetkompasser) i Hamburg det første gyrokompasset som ble installert på et kommersielt fartøy. C. Plath solgte mange gyrokompasser til Weems 'School for Navigation i Annapolis, MD, og ​​snart dannet grunnleggerne av hver organisasjon en allianse og ble Weems & Plath.

Før suksessen til gyrokompasset hadde det blitt gjort flere forsøk i Europa for å bruke et gyroskop i stedet. I 1880 prøvde William Thomson (Lord Kelvin) å foreslå en gyrostat (tope) til den britiske marinen. I 1889 tilpasset Arthur Krebs en elektrisk motor til det marine gyroskopet Dumoulin-Froment, for den franske marinen. Det ga Gymnote- ubåten muligheten til å holde en rett linje under vann i flere timer, og det tillot henne å tvinge en marineblokk i 1890.

I 1923 publiserte Max Schuler sin artikkel som inneholdt sin observasjon om at hvis et gyrokompass hadde Schuler-innstilling slik at det hadde en svingningsperiode på 84,4 minutter (som er omløpsperioden til en tenkt satellitt som kretser rundt Jorden ved havnivå), kan det være gjøres ufølsom for sidebevegelse og opprettholder retningsstabilitet.

Feil

Et gyrokompass er utsatt for visse feil. Disse inkluderer dampfeil, hvor raske endringer i kurs, hastighet og breddegrad forårsaker avvik før gyroen kan justere seg selv. På de fleste moderne skip mater GPS eller andre navigasjonshjelpemidler data til gyrokompasset, slik at en liten datamaskin kan bruke en korreksjon. Alternativt vil en design basert på en strapdown-arkitektur (inkludert en triade av fiberoptiske gyroskoper , ringlasergyroskoper eller halvkuleformede resonatorgyroskoper og en triade av akselerometre) eliminere disse feilene, ettersom de ikke er avhengige av mekaniske deler for å bestemme rotasjonshastigheten.

Patenter

• US patent 1 279 471  : "Gyroskopisk kompass" av EA Sperry , arkivert juni 1911; utstedt september 1918

Se også

• Forkortelser i avionikk
• Kursindikator , også kjent som retningsindikator, et lett gyroskop (ikke et gyrokompass) som brukes på fly
• HRG gyrokompass
• Fluxgate kompass
• Fiberoptisk gyrokompass
• Treghetsnavigasjonssystem , et mer komplekst system som også inneholder akselerometre
• Planleggerinnstilling
• Binnacle

Merknader

Referanser

Bibliografi

• Trainer, Matthew (2008). "Albert Einsteins ekspertuttalelser om Sperry vs. Anschütz gyrokompass-patenttvist". Verdens patentinformasjon . 30 (4): 320–325. doi : 10.1016 / j.wpi.2008.05.003 .

Eksterne linker

• Saksdokumenter: Elmer A. Sperry ved Franklin Institute inneholder opptegnelser om Franklin-prisen 1914 for gyroskopisk kompass
• "A War Job Thought Impossible" , historien om Chrysler Corporations masseproduksjon av tidligere håndlagde gyrokompasser for andre verdenskrigs marine krav.