Flere flyveinstrumenter udnytter gyroskopets egenskaber til deres funktion. De mest almindelige instrumenter, der indeholder gyroskoper, er svingkoordinatoren, kursindikatoren og holdningsindikatoren. For at forstå, hvordan disse instrumenter fungerer, er det nødvendigt at kende instrumentets kraftsystemer, gyroskopiske principper og driftsprincipperne for hvert enkelt instrument.
Gyroskopiske principper
Alle roterende genstande udviser gyroskopiske egenskaber. Et hjul eller en rotor, der er konstrueret og monteret til at udnytte disse egenskaber, kaldes et gyroskop. To vigtige konstruktionsegenskaber ved et instrumentgyroskop er stor vægt i forhold til dets størrelse, eller høj densitet, og rotation ved høj hastighed med lejer med lav friktion.
Der findes to generelle typer af monteringer; hvilken type der anvendes afhænger af, hvilken egenskab ved gyroskopet der udnyttes. Et frit eller universelt monteret gyroskop kan frit rotere i alle retninger omkring sit tyngdepunkt. Man siger, at et sådant hjul har tre frihedsplaner. Hjulet eller rotoren kan frit rotere i et hvilket som helst plan i forhold til basen og er afbalanceret, således at gyroskophjulet i hvile forbliver i den position, som det er placeret i. Begrænsede eller halvstive gyroskoper er gyroskoper, der er monteret således, at et af frihedsplanerne holdes fast i forhold til basen.
Der er to grundlæggende egenskaber ved gyroskopisk virkning: stivhed i rummet og præcession.
Stivhed i rummet
Stivhed i rummet henviser til princippet om, at et gyroskop forbliver i en fast position i det plan, som det drejer rundt i. Et eksempel på rigiditet i rummet er et cykelhjul. Efterhånden som cykelhjulene øger hastigheden, bliver de mere stabile i deres rotationsplan. Det er grunden til, at en cykel er ustabil og manøvredygtig ved lave hastigheder og stabil og mindre manøvredygtig ved højere hastigheder.
Gennem montering af dette hjul, eller gyroskop, på et sæt kardanringe kan gyroskopet rotere frit i alle retninger. Hvis kardanringene vippes, vrides eller på anden måde flyttes, forbliver gyroskopet således i det plan, som det oprindeligt drejede sig i.
Precession
Precession er en gyros tiltning eller drejning af et gyro som reaktion på en afbøjningskraft. Reaktionen på denne kraft sker ikke på det punkt, hvor den blev påført; den sker snarere på et punkt, der ligger 90° senere i rotationsretningen. Dette princip gør det muligt for gyroen at bestemme drejehastigheden ved at registrere det tryk, der opstår ved en ændring i retning. Den hastighed, hvormed gyroen præcesserer, er omvendt proportional med rotorens hastighed og proportional med den afbøjende kraft.
Flight Literacy Recommends
Rod Machado’s How to Fly an Airplane Handbook – Lær de grundlæggende principper for flyvning af ethvert fly. Gør flyvetræning nemmere, billigere og sjovere. Behersk alle checkride-manøvrerne. Lær filosofien om at flyve med “pind og ror”. Undgå, at et fly ved et uheld går i stå eller snurrer. Land et fly hurtigt og behageligt.
Med udgangspunkt i eksemplet med cyklen virker præcession på hjulene for at gøre det muligt for cyklen at dreje. Når man kører med normal hastighed, er det ikke nødvendigt at dreje styret i den retning, hvor man ønsker at dreje. En rytter læner sig blot i den retning, som han eller hun ønsker at køre. Da hjulene drejer med uret, når de ses fra cyklens højre side, påføres der en kraft på toppen af hjulet til venstre, hvis rytteren læner sig til venstre. Kraften virker faktisk 90° i rotationsretningen, hvilket bevirker, at der påføres en kraft på dækkets forreste del, hvilket får cyklen til at bevæge sig mod venstre. Der er behov for at dreje styret ved lave hastigheder på grund af ustabiliteten i de langsomt drejende gyroer og også for at øge drejehastigheden.
Precession kan også skabe nogle mindre fejl i nogle instrumenter. Præcession kan medføre, at et frit drejende gyro bliver forskudt fra sit tilsigtede rotationsplan på grund af lejefriktion osv. Visse instrumenter kan kræve korrigerende omjustering under flyvning, f.eks. kursindikatoren.
Kraftkilder
I nogle fly er alle gyroskoper vakuum-, tryk- eller elektrisk drevne. I andre fly leverer vakuum- eller tryksystemer strøm til kurs- og holdningsindikatorerne, mens det elektriske system leverer strøm til svingkoordinatoren. De fleste luftfartøjer har mindst to strømkilder for at sikre, at mindst én kilde til bankinformation er tilgængelig, hvis den ene strømkilde svigter. Vakuum- eller tryksystemet drejer gyroen ved at trække en luftstrøm mod rotorbladene for at dreje rotoren med høj hastighed, ligesom et vandhjul eller en turbine fungerer. Den mængde vakuum eller tryk, der kræves til instrumentets drift, varierer, men er normalt mellem 4,5 “Hg og 5,5 “Hg.
En af vakuumkilderne til gyroerne er en motordrevet pumpe af vane-typen, der er monteret på motorens tilbehørskasse. Pumpens kapacitet varierer i forskellige fly, afhængigt af antallet af gyroer.
Et typisk vakuumsystem består af en motordreven vakuumpumpe, aflastningsventil, luftfilter, måler og de nødvendige slanger til at fuldføre forbindelserne. Manometeret er monteret i flyets instrumentpanel og angiver mængden af tryk i systemet (vakuum måles i tommer kviksølv mindre end det omgivende tryk).
Som vist i figur 8-20 suges luft ind i vakuumsystemet af den motordrevne vakuumpumpe. Den går først gennem et filter, som forhindrer fremmedlegemer i at trænge ind i vakuum- eller tryksystemet. Luften bevæger sig derefter gennem holdnings- og kursindikatorerne, hvor den får gyroerne til at dreje rundt. En aflastningsventil forhindrer vakuumtrykket eller suget i at overskride de foreskrevne grænser. Herefter udledes luften over bord eller anvendes i andre systemer, f.eks. til oppustning af pneumatiske afisningsstøvler.
Det er vigtigt at overvåge vakuumtrykket under flyvning, da holdnings- og kursindikatorerne muligvis ikke giver pålidelige oplysninger, når sugetrykket er lavt. Vakuum- eller sugetryksmåleren er generelt markeret for at angive det normale område. Nogle fly er udstyret med en advarselslampe, der lyser, når vakuumtrykket falder under det acceptable niveau.
Når vakuumtrykket falder under det normale driftsområde, kan de gyroskopiske instrumenter blive ustabile og unøjagtige. At krydstjekke instrumenterne rutinemæssigt er en god vane at udvikle.
Flight Literacy anbefaler
Rod Machado’s Private Pilot Handbook -Flight Literacy anbefaler Rod Machados produkter, fordi han tager det, der normalt er tørt og kedeligt, og omdanner det med sin karakteristiske humor, hvilket hjælper dig til at holde dig engageret og til at fastholde oplysningerne i længere tid. (se alle Rod Machados produkter).