軍事科學(xué):陀螺與航行自動(dòng)控制
來源:本站原創(chuàng) 2018-05-31 13:13:52
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大家小時(shí)候可能都玩過陀螺,當(dāng)你掌握了正確方法用鞭子抽打它幾下以后,它就會(huì)尖頂朝下豎起來,并繞其軸線旋轉(zhuǎn)而不傾倒。
可別小看陀螺這小玩意兒,人們正是根據(jù)其自旋不倒的原理而設(shè)計(jì)制造出了五花八門的精密陀螺儀,為各種飛行器(如飛機(jī))、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星等)的飛行自動(dòng)控制奠定了基礎(chǔ)。盡管陀螺儀的外表看起來與常見的陀螺不大一樣,其大小也不盡相同(如用在飛行儀器上的陀螺儀最輕者只有幾十克重,而一個(gè)穩(wěn)定核潛艇的陀螺儀卻重達(dá)55噸),但是基本原理卻并無二致。
陀螺儀對于現(xiàn)代飛行控制系統(tǒng)來說可謂舉足輕重。它不僅對整個(gè)系統(tǒng)的工作起著決定性作用,而且它的精度高低、可靠性程度和使用壽命長短等指標(biāo),對飛行器的穩(wěn)定性和精確性都有著至關(guān)重要的影響。
陀螺儀的最早應(yīng)用領(lǐng)域是航海事業(yè)。19世紀(jì)人們廣泛利用陀螺儀標(biāo)定航向,在漫長的航海史上寫下了新的一頁。從20世紀(jì)40年代開始,陀螺儀便在導(dǎo)彈武器及航空航天事業(yè)上得到廣泛應(yīng)用,其穩(wěn)定性和工作精度也隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工藝水平的提高而迅速提高。目前陀螺儀已有滾珠軸承、氣浮、液浮、撓性、激光等類型。
陀螺儀在高速旋轉(zhuǎn)時(shí),能夠抗拒任何外力和干擾的影響,保持其自轉(zhuǎn)軸相對于慣性空間方向上穩(wěn)定不變。當(dāng)飛行器的飛行姿態(tài)偏離了預(yù)定正確方向,陀螺儀在轉(zhuǎn)軸與飛行方向之間的夾角便發(fā)生了變化,飛行器上的檢測元件立刻就可測量出來,并同時(shí)發(fā)出控制信號,通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用使飛行器的狀態(tài)恢復(fù)正常。因此,這種自動(dòng)控制系統(tǒng)也叫做“姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)”。
陀螺自轉(zhuǎn)軸方向不變的原理除應(yīng)用于導(dǎo)彈的制導(dǎo)和飛機(jī)姿態(tài)控制以外,在宇航技術(shù)中也同樣得到廣泛運(yùn)用。例如陀螺儀用在人造衛(wèi)星上,可以保證人造衛(wèi)星不受外界干擾而穩(wěn)定運(yùn)行在預(yù)定軌道上。不論人造衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)到哪個(gè)位置或受其他什么外界干擾,衛(wèi)星上的陀螺儀始終是指向空間某一預(yù)定方向。
小小的玩具陀螺和精度日益提高的陀螺儀竟具有完全相同的原理,初看起來似乎覺得有點(diǎn)不可思議,其實(shí)這正是大千世界中存在的客觀規(guī)律。許多表面上看來非常簡單的東西,卻蘊(yùn)藏著深?yuàn)W的科學(xué)道理,關(guān)鍵在于我們要認(rèn)清其本質(zhì)規(guī)律,從而推動(dòng)社會(huì)向前發(fā)展。
英國科學(xué)巨人牛頓從蘋果落地而不是飛向空中這樣一個(gè)司空見慣的現(xiàn)象中,發(fā)現(xiàn)了蘋果從樹上落到地上與其他行星繞太陽運(yùn)行都遵循著同樣的法則——萬有引力定律,并且計(jì)算出了太陽系中各行星繞太陽旋轉(zhuǎn)的軌道和周期,一下子把幾百年來爭論不休的是“日心學(xué)說”正確還是“地心學(xué)說”正確的問題解釋得一清二楚?萍及l(fā)展史表明,科學(xué)上許多原理和理論,常常是經(jīng)過一段模糊時(shí)期后突然為人們所認(rèn)識。細(xì)心的讀者是否會(huì)從中得到什么啟迪呢?
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