Kilka przyrządów lotu wykorzystuje właściwości żyroskopu do swojego działania. Najbardziej powszechnymi przyrządami zawierającymi żyroskopy są: koordynator skrętu, wskaźnik kursu i wskaźnik położenia. Zrozumienie działania tych przyrządów wymaga znajomości systemów zasilania przyrządów, zasad żyroskopowych oraz zasad działania każdego z przyrządów.
Zasady żyroskopowe
Każdy wirujący obiekt wykazuje właściwości żyroskopowe. Koło lub wirnik zaprojektowany i zamontowany w celu wykorzystania tych właściwości nazywany jest żyroskopem. Dwie ważne cechy konstrukcyjne żyroskopu instrumentalnego to duża waga w stosunku do rozmiaru, lub duża gęstość, oraz obrót z dużą prędkością z łożyskami o niskim tarciu.
Istnieją dwa ogólne typy mocowań; typ używany zależy od tego, która właściwość żyroskopu jest wykorzystywana. Żyroskop zamontowany swobodnie lub uniwersalnie może obracać się w dowolnym kierunku wokół swojego środka ciężkości. Mówi się, że takie koło ma trzy płaszczyzny swobody. Koło lub wirnik może swobodnie obracać się w dowolnej płaszczyźnie w stosunku do podstawy i jest wyważone tak, że w stanie spoczynku koło żyroskopowe pozostaje w pozycji, w której zostało umieszczone. Żyroskopy o ograniczonym lub półsztywnym montażu to takie, które są zamontowane w taki sposób, że jedna z płaszczyzn swobody jest utrzymywana w stałej pozycji w stosunku do podstawy.
Są dwie podstawowe właściwości działania żyroskopu: sztywność w przestrzeni i precesja.
Sztywność w przestrzeni
Sztywność w przestrzeni odnosi się do zasady, że żyroskop pozostaje w stałej pozycji w płaszczyźnie, w której się obraca. Przykładem sztywności w przestrzeni jest koło rowerowe. Gdy koła rowerowe zwiększają prędkość, stają się bardziej stabilne w swojej płaszczyźnie obrotu. To dlatego rower jest niestabilny i zwrotny przy niskich prędkościach oraz stabilny i mniej zwrotny przy wyższych prędkościach.
Montując to koło, lub żyroskop, na zestawie pierścieni kardanowych, żyroskop jest w stanie obracać się swobodnie w dowolnym kierunku. Tak więc, jeśli pierścienie kardana są przechylane, skręcane, lub w inny sposób przemieszczane, żyroskop pozostaje w płaszczyźnie, w której pierwotnie się obracał.
Precesja
Precesja to przechylenie lub obrót żyroskopu w odpowiedzi na siłę odchylającą. Reakcja na tę siłę nie następuje w punkcie, w którym została ona przyłożona, lecz w punkcie, który znajduje się 90° później w kierunku obrotu. Zasada ta pozwala żyroskopowi określić prędkość obrotu poprzez wyczucie siły nacisku powstałej w wyniku zmiany kierunku. Tempo precesji żyroskopu jest odwrotnie proporcjonalne do prędkości wirnika i proporcjonalne do siły odchylającej.
Flight Literacy Recommends
Rod Machado’s How to Fly an Airplane Handbook – Naucz się podstawowych podstaw latania każdym samolotem. Uczyń szkolenie lotnicze łatwiejszym, tańszym i przyjemniejszym. Opanuj wszystkie manewry obowiązujące na egzaminie kontrolnym. Naucz się filozofii „drążka i steru” w lataniu. Zapobiegaj przypadkowemu przeciągnięciu lub obróceniu się samolotu. Wylądować samolotem szybko i przyjemnie.
Na przykładzie roweru, precesja działa na koła, aby umożliwić rowerowi obrót. Podczas jazdy z normalną prędkością, nie jest konieczne obracanie kierownicy w kierunku pożądanego skrętu. Rowerzysta po prostu pochyla się w kierunku, w którym chce jechać. Ponieważ koła obracają się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, patrząc z prawej strony roweru, jeśli rowerzysta przechyli się w lewo, siła zostanie przyłożona do górnej części koła po lewej stronie. Siła ta działa w rzeczywistości pod kątem 90° w kierunku obrotu, co skutkuje przyłożeniem siły do czoła opony, powodując ruch roweru w lewo. Istnieje potrzeba obracania kierownicą przy niskich prędkościach z powodu niestabilności wolno obracających się żyroskopów, a także w celu zwiększenia szybkości obrotu.
Precesja może również powodować pewne drobne błędy w niektórych instrumentach. Precesja może spowodować, że swobodnie obracający się żyroskop zostanie przesunięty z zamierzonej płaszczyzny obrotu przez tarcie łożysk, itp. Niektóre przyrządy mogą wymagać korekcyjnego ustawienia podczas lotu, jak np. wskaźnik kursowy.
Źródła zasilania
W niektórych statkach powietrznych wszystkie żyroskopy są sterowane próżniowo, ciśnieniowo lub elektrycznie. W innych statkach powietrznych systemy próżniowe lub ciśnieniowe zapewniają zasilanie dla wskaźników kursu i położenia, podczas gdy system elektryczny zapewnia zasilanie dla koordynatora skrętu. Większość statków powietrznych posiada co najmniej dwa źródła zasilania, aby zapewnić dostępność co najmniej jednego źródła informacji o kursie w razie awarii jednego źródła zasilania. System próżniowy lub ciśnieniowy obraca żyroskopem poprzez przyciąganie strumienia powietrza do łopatek wirnika w celu obracania wirnika z dużą prędkością, podobnie jak w przypadku koła wodnego lub turbiny. Wielkość podciśnienia lub ciśnienia wymaganego do działania przyrządów jest różna, ale zwykle wynosi od 4,5 „Hg do 5,5 „Hg.
Jednym ze źródeł podciśnienia dla żyroskopów jest pompa napędzana silnikiem łopatkowym, która jest zamontowana na obudowie akcesoriów silnika. Wydajność pompy różni się w różnych samolotach, w zależności od liczby gyrosów.
Typowy system próżniowy składa się z napędzanej silnikiem pompy próżniowej, zaworu nadmiarowego, filtra powietrza, manometru i przewodów niezbędnych do wykonania połączeń. Manometr jest zamontowany w tablicy przyrządów samolotu i wskazuje wielkość ciśnienia w układzie (podciśnienie jest mierzone w calach rtęci poniżej ciśnienia otoczenia).
Jak pokazano na rysunku 8-20, powietrze jest zasysane do układu próżniowego przez pompę próżniową napędzaną przez silnik. Najpierw przechodzi ono przez filtr, który zapobiega przedostawaniu się ciał obcych do układu próżniowego lub ciśnieniowego. Następnie powietrze przechodzi przez wskaźniki położenia i kursu, gdzie powoduje obracanie się żyroskopów. Zawór nadmiarowy zapobiega przekroczeniu ustalonych limitów ciśnienia próżni lub ssania. Następnie powietrze jest wydalane za burtę lub wykorzystywane w innych systemach, np. do nadmuchiwania pneumatycznych butów odladzających.
Ważne jest monitorowanie ciśnienia podciśnienia podczas lotu, ponieważ wskaźniki położenia i kursu mogą nie dostarczać wiarygodnych informacji, gdy ciśnienie ssania jest niskie. Manometr podciśnienia lub ssania jest zwykle oznaczony w celu wskazania normalnego zakresu. Niektóre samoloty są wyposażone w lampkę ostrzegawczą, która zapala się, gdy ciśnienie podciśnienia spada poniżej dopuszczalnego poziomu.
Gdy ciśnienie podciśnienia spada poniżej normalnego zakresu roboczego, przyrządy żyroskopowe mogą stać się niestabilne i niedokładne. Rutynowe sprawdzanie przyrządów jest dobrym nawykiem do wyrobienia.
Flight Literacy Recommends
Rod Machado’s Private Pilot Handbook -Flight Literacy poleca produkty Roda Machado, ponieważ bierze on to, co normalnie jest suche i nużące i przekształca to z charakterystycznym dla siebie humorem, pomagając utrzymać zaangażowanie i dłużej zachować informacje. (zobacz wszystkie produkty Roda Machado).