产品详情 刚体陀螺实验仪 1适用课程:一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上,使陀螺的自转轴有角转动的自由度,这种装置的总体叫做陀螺仪。 惯性传感器原理、惯性导航原理、导航制导与控制、飞行控制原理、无人机实训实验、基础力学、刚体力学、陀螺力学、理论力学、新型传感器原理及应用等。 2 实验原理陀螺仪被用在飞机飞行仪表的心脏地位,是由于它的两个基本特性:一为定轴性(inertia or rigidity),另一是进动性(precession),这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。 2.1 定轴性当三自由度陀螺转子高速旋转后,若不受外力矩的作用,不管基座如何转动,支撑在万向支架上的 陀螺仪自转轴指向惯性空间的方位不变,这种特性叫“定轴性”。如果我们以地球为基准,则可以认为三自由度陀螺相对于地球运动,这种运动称为陀螺的假视运动或视在运动。视在运动是陀螺稳定性的表现。 其惯性随以下的物理量而改变: 1)转子质量愈大,转动惯量I愈大; 2)转子旋转半径愈大,转动惯量I愈大; 3)转子旋转速度愈高,转动惯量I愈大; 2.2 进动性在运转中的陀螺仪,如果外界施一作用或力矩在转子旋转轴上,则旋转轴并不沿施力方向运动,而是顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动,此现象即是进动性。 进动性的大小也有三个影响的因素: 1)外界作用力愈大,其进动性也愈大; 2)转子的质量惯性矩(moment of inertia)愈大,进动性愈小; 3)转子的角速度愈大,进动性愈小; 而进动方向可根据进动性原理取决于施力方向及转子旋转方向。 3 实验系统性能1)刚体陀螺仪
2)转子电机:直流无刷电机(双电机结构); 3)电机转速:0~6000r/min(可调); 4)电源
4 实验系统特点1)采用三自由度刚体陀螺结构,可进行完善的陀螺实验及演示; 2)转子电机采用高速无刷电机,转速平稳,寿命长; 3)转子采用双电机结构,保障了转子的对称性,并加大了转子驱动力矩,启动速度快; 4)配置有专用控制器,可以完成转子转速控制,方便实验; 5 实验操作将刚体陀螺仪器平放在桌面上,仪器周转保留一定空间。 1)接通电源,打开开关; 2)设置转子转速:大、中、小; 3)启动陀螺,观察陀螺转子转速是否已经稳定; 4)定轴性实验 当三自由度陀螺转子高速旋转后,若不受外力矩的作用,不管基座如何转动,支撑在万向支架上的陀螺仪自转轴指向惯性空间的方位不变,这种特性叫“定轴性”。 当陀螺转子高速旋转稳定后,手持基座分别绕刚体陀螺三个轴转动,观测刚体陀螺仪转子轴的指向的变化。 分别改变转子转速大中小,观测陀螺转子轴的变化。 5)进动性实验 进动性是三自由度陀螺仪的一个基本特性。陀螺仪绕着与外力矩矢量相垂直的方向的转动,叫做进动,其转动角速度叫做进动角速度。 进动角速度的方向取决于转子动量矩H和外力矩M的方向。外加力矩沿陀螺自转方向转动90°即为进动角速度( )矢量方向。或者用右手定则记忆:从动量矩H沿最短路径握向外力矩M的右手旋进方向,即为进动角速度方向。 通过控制器可改变转子飞轮正反转、转速,从而控制动量矩H的方向和大小,通过内框两侧不同一侧加挂已知重量砝码,改变外力矩M的大小和方向,动量矩H为转子转动惯量和转速的乘积,方向符合右手定则 进动角速度计算公式:ω=M/H sinθ 当θ=90°时,sinθ=1,所以 ω=M/H =M/Iωr 6)关闭电源,断开开关; 7)撤收仪器设备。 6 注意事项1)陀螺飞轮高速旋转时,不可用手触摸或试图阻止其转转; 2)实验系统工作时,尤其是陀螺转子处于高速旋状态下,必须有人在场; 3)刚体陀螺仪属于精密机械结构,操作中应当轻拿轻放,以免损坏设备。 |
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