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陀螺罗经

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陀螺羅經(英語:gyrocompass,也称陀螺罗盘[1],台湾译作迴轉羅盤)是一种不依赖而是依赖内置的陀螺儀来定位的罗盘。与一般的罗盘相比,陀螺羅經可以指向真北極而非地磁北極

原理

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以地球自转方向为基准,陀螺罗经在运动物体上一般是外环轴垂直、内环轴水平指东、自旋轴水平指北安装的。设地球自转转速为 ,当地纬度,则固定在地球上的当地北方向在以 角速度相对于惯性空间转动。因此为了使自旋轴保持指北,须使自旋轴也以 的角速度進動[1]

应用

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陀螺罗经由于精度高,不受地磁和船磁的影响,在舰船导航上应用广泛;亦被用于隧道和矿山开发。[2]

1911年,埃尔默·安布罗斯·斯佩里英语Elmer Ambrose Sperry将陀螺罗经应用于船舶自动转向,被称为第一代自动舵。[3]

现代的陀螺罗经采用电磁摆加速度计等元件,通过电路施加修正力矩,称为电磁控制陀螺罗经,简称电控罗经电罗经[4]

现代陀螺罗经系统中在陀螺内框架上装一个,利用自动控制理论来测量自旋轴偏离水平面的角度。[1]

一台陀螺罗经复示器

误差

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陀螺罗盘会受到航行误差的影响。[5]在大多数现代船舶上,GPS或其他导航设备会向陀螺罗盘提供数据,由小型计算机校正。

由于陀螺罗经寻北依赖于地球自转轴引起的扭矩导致的陀螺进动,因此在东西方向上快速移动时会抵消地球自转的影响,从而无法正确指向真北。[6][7]由於高速度会引起很大的航向误差,同時陀螺罗经的体积和重量比较大,在飛機上的应用比较困难。[1]

参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 张春华; 何传五. 惯性技术. 科学出版社. 1987. CSBN 15031·828. 
  2. ^ 陀螺仪原理及应用. 哈尔滨工业大学出版社. 1985 [2025-04-12]. CSBN 15341·26 (中文(中国大陆)). 
  3. ^ 薛国威; 包芸; 陈礼建; 向晋祥. 船舶自动舵控制技术的发展. 中国水运. 2016, (13): 47–48 [2025-04-13]. doi:10.13646/j.cnki.42-1395/u.2016.07.019. 
  4. ^ 郭立東; 許德新; 楊立新; 王軍; 張慶. 慣性器件及應用實驗技術. 自動化類專業系列實驗教材 2016年1月第一版. 北京: 清华大学出版社. 2016-01-01. ISBN 9787302415220. 
  5. ^ Gyrocompass: Steaming Error互联网档案馆存檔,存档日期2008-12-22., Navis.
  6. ^ NASA NASA Callback: Heading for Trouble 互联网档案馆存檔,存档日期2011-07-16., NASA Callback Safety Bulletin website, December 2005, No. 305. Retrieved August 29, 2010.
  7. ^ Bowditch, Nathaniel. American Practical Navigator 互联网档案馆存檔,存档日期2017-03-07., Paradise Cay Publications, 2002, pp.93-94, ISBN 978-0-939837-54-0.