Vissa flyginstrument utnyttjar gyroskopets egenskaper för sin funktion. De vanligaste instrumenten som innehåller gyroskop är svängkoordinatorn, kursindikatorn och attitydindikatorn. För att förstå hur dessa instrument fungerar krävs kunskap om instrumentens kraftsystem, gyroskopiska principer och driftsprinciperna för varje instrument.
Gyroskopiska principer
Alla snurrande föremål uppvisar gyroskopiska egenskaper. Ett hjul eller en rotor som är konstruerat och monterat för att utnyttja dessa egenskaper kallas gyroskop. Två viktiga konstruktionsegenskaper hos ett instrumentgyroskop är stor vikt i förhållande till sin storlek, eller hög densitet, och rotation vid hög hastighet med lager med låg friktion.
Det finns två allmänna typer av infästningar; vilken typ som används beror på vilken egenskap hos gyroskopet som utnyttjas. Ett fritt eller universellt monterat gyroskop är fritt att rotera i vilken riktning som helst kring sin tyngdpunkt. Ett sådant hjul sägs ha tre frihetsplan. Hjulet eller rotorn kan rotera fritt i vilket plan som helst i förhållande till basen och är balanserat så att gyroshjulet i vila förblir i det läge där det är placerat. Begränsade eller halvstyvt monterade gyroskop är sådana som är monterade så att ett av frihetsplanerna hålls fast i förhållande till basen.
Det finns två grundläggande egenskaper hos gyroskopisk verkan: styvhet i rymden och precession.
Stavhet i rymden
Stavhet i rymden avser principen att ett gyroskop förblir i ett fast läge i det plan i vilket det snurrar. Ett exempel på styvhet i rummet är ett cykelhjul. När cykelhjulen ökar sin hastighet blir de mer stabila i sitt rotationsplan. Det är därför en cykel är instabil och manövrerbar vid låga hastigheter och stabil och mindre manövrerbar vid högre hastigheter.
Genom att montera detta hjul, eller gyroskop, på en uppsättning kardanringar kan gyroskopet rotera fritt i alla riktningar. Om gimbalringarna lutas, vrids eller på annat sätt flyttas förblir gyroskopet således i det plan i vilket det ursprungligen snurrade.
Precession
Precession är en gyros lutning eller vridning av en gyro som svar på en avböjande kraft. Reaktionen på denna kraft sker inte vid den punkt där den anbringades, utan snarare vid en punkt som ligger 90° senare i rotationsriktningen. Denna princip gör det möjligt för gyroskopet att bestämma en svängningshastighet genom att känna av det tryck som skapas av en riktningsförändring. Den hastighet med vilken gyrotorn precesserar är omvänt proportionell mot rotorns hastighet och proportionell mot avböjningskraften.
Flight Literacy Recommends
Rod Machado’s How to Fly an Airplane Handbook – Lär dig de grundläggande grunderna för att flyga vilket flygplan som helst. Gör flygutbildningen enklare, billigare och roligare. Bemästra alla manövrer för kontrollbesiktning. Lär dig flygfilosofin med ”pinne och roder”. Förhindra att ett flygplan av misstag stannar eller snurrar. Landa ett flygplan snabbt och på ett trevligt sätt.
Med hjälp av exemplet med cykeln verkar precession på hjulen för att cykeln ska kunna svänga. När man cyklar i normal hastighet är det inte nödvändigt att vrida styret i riktning mot den önskade svängen. En cyklist lutar helt enkelt i den riktning som han eller hon vill åka. Eftersom hjulen roterar medurs när man ser dem från cykelns högra sida, om en cyklist lutar sig åt vänster, utövas en kraft på hjulets ovansida åt vänster. Kraften verkar i själva verket 90° i rotationsriktningen, vilket leder till att en kraft läggs på framsidan av däcket, vilket får cykeln att röra sig åt vänster. Det finns ett behov av att vrida styret vid låga hastigheter på grund av instabiliteten hos de långsamt roterande gyroskoperna och även för att öka svängningshastigheten.
Precession kan också skapa vissa mindre fel i vissa instrument. Precession kan leda till att en fritt snurrande gyro förskjuts från sitt avsedda rotationsplan genom lagerfriktion osv. Vissa instrument kan kräva korrigerande omjustering under flygning, till exempel kursindikatorn.
Kraftkällor
I vissa luftfartyg är alla gyroskop vakuum-, tryck- eller elektriskt drivna. I andra luftfartyg ger vakuum- eller trycksystem ström till kurs- och attitydindikatorerna, medan det elektriska systemet ger ström till svängkoordinatorn. De flesta luftfartyg har minst två strömkällor för att säkerställa att minst en källa till bankinformation är tillgänglig om en strömkälla skulle falla bort. Vakuum- eller trycksystemet snurrar gyroskopet genom att dra en luftström mot rotorskivorna för att snurra rotorn med hög hastighet, ungefär som ett vattenhjul eller en turbin. Mängden vakuum eller tryck som krävs för instrumentets drift varierar, men är vanligtvis mellan 4,5 ”Hg och 5,5 ”Hg.
En källa till vakuum för gyroskoperna är en vane-typ motordriven pump som är monterad på motorns tillbehörshölje. Pumpkapaciteten varierar i olika flygplan, beroende på antalet gyroskopier.
Ett typiskt vakuumsystem består av en motordriven vakuumpump, avlastningsventil, luftfilter, mätare och de slangar som behövs för att slutföra anslutningarna. Mätaren är monterad i flygplanets instrumentpanel och visar mängden tryck i systemet (vakuum mäts i tum kvicksilver mindre än det omgivande trycket).
Som visas i figur 8-20 sugs luft in i vakuumsystemet av den motordrivna vakuumpumpen. Den går först genom ett filter som förhindrar att främmande ämnen kommer in i vakuum- eller trycksystemet. Luften rör sig sedan genom attityd- och kursindikatorerna där den får gyroskoperna att snurra. En avlastningsventil förhindrar att vakuumtrycket, eller suget, överskrider föreskrivna gränser. Därefter drivs luften ut överbord eller används i andra system, till exempel för att blåsa upp pneumatiska avisningskängor.
Det är viktigt att övervaka vakuumtrycket under flygning, eftersom läges- och kursindikatorerna kanske inte ger tillförlitlig information när sugtrycket är lågt. Vakuum- eller sugmätaren är i allmänhet märkt för att ange det normala intervallet. Vissa flygplan är utrustade med en varningslampa som lyser när vakuumtrycket sjunker under den acceptabla nivån.
När vakuumtrycket sjunker under det normala driftsområdet kan de gyroskopiska instrumenten bli instabila och felaktiga. Att dubbelkontrollera instrumenten rutinmässigt är en bra vana att utveckla.
Flight Literacy rekommenderar
Rod Machado’s Private Pilot Handbook -Flight Literacy rekommenderar Rod Machados produkter eftersom han tar det som normalt är torrt och tråkigt och förvandlar det med sin karakteristiska humor, vilket bidrar till att hålla dig engagerad och att du behåller informationen längre. (se alla Rod Machados produkter).