回转仪huizhuanyi

以作高速转动的旋转对称形刚体为本体的装置。又称陀螺仪。主要有以下两种：❶常平架回转仪，见图1。包括一个边缘厚实的转子和内、外两个轻质框环。转子可绕自身对称轴转动，自转轴安装在内环上，内环的转轴安装在外环上，外环的转轴装在固定支架上。三根转轴的轴线互相垂直并相交于回转仪的中心。当转子作高速转动时，转子的角动量可以表示为J=Iω，其中I是转子相对自转轴的转动惯量，ω是转子的自转角速度。如果不考虑轴承的摩擦和空气阻力，由于重力作用在刚体的质心上，质心又和支点重合，因此重力对支点的力矩为零，使角动量Iω保持不变，ω是常矢量，即自转角速度不仅大小不变，而且方向也不变。利用这一原理，可以制作火箭、导弹、飞机等飞行器械的导航仪器，这些能对飞行物体指示航向和给出飞行物体转弯角度的仪器称作陀螺方向仪。回转仪的支座固定在飞机上，自转轴提供了给定的方向，也就是仪表的基准线。基准线沿铅直方向，可以用俯仰角表示飞机绕垂直飞行方向的水平轴偏转的姿态，用侧滚角表示飞机绕本身纵向轴线偏转的姿态。基准线沿水平方向，可用偏航角显示飞机绕铅直轴线在水平面内的转动姿态。通过仪表测出这几个角度并与其它精密仪器相配合，能够保证飞机沿着正确航线飞行并保持正确的飞行姿态。当高速回转仪的转子受到冲击性外力矩作用时，不会明显改变自转轴的方向，但是由于摩擦力矩及其他的干扰，自转轴的指向会发生漂移，因此需要在一段不长的时间间隔内作一次精密调整。
❷重力回转仪。图2中杠杆一侧装有转子，另一侧滑块可沿杆滑动，当使转子高速旋转时，这个装置就是一个重力回转仪。移动滑块使重心移向转子的一侧，转子旋转方向如图所示，会发现杠杆不会倾倒而是绕铅垂轴作逆时针方向转动。如果将重心移至滑块一侧，杠杆就会绕铅垂轴作顺时针方向转动。回转仪自转轴绕铅垂轴转动的这种运动称为旋动。产生旋动是角动量定理的必然结果。当自转角速度ω很大时，角动量定理可以写成MΔt=Δ(Iω)，可知Iω变化方向一定指向力矩M的方向，而ω方向就是自转轴方向，所以自转轴方向始终要保持与M方向一致而产生旋动。当发生旋动时，改变了Iω的方向却没有改变ω的大小，因此Iωdθ=Mdt,dθ是自转轴旋动的角位移，于是旋动角速度Ω=dθ/dt=M/Iω。这是在自转角速度ω很大时计算旋动角速度的近似公式。重力回转仪不屈服于外力矩而产生旋动的奇特现象叫做回转效应。陀螺由于高速回转而不会在重力矩作用下发生倾倒，并且绕铅垂方向发生旋动。行驶很快的自行车，当骑车人身体往右倾斜时，会给自行车轮子提供向前的重力矩，自转轴方向为保持与重力矩方向一致，会使自行车向右拐弯。这些都是由回转效应产生的现象。在技术上，回转效应有许多应用。例如为了提高发射炮弹的命中率，在炮筒内壁有螺旋式的来复线，使炮弹射出后绕自身的几何中心轴线高速旋转，成为一个回转仪，在空气阻力矩的作用下，它只是绕炮弹飞行方向有旋动而不会使炮弹翻转，保证弹头与前进方向基本一致。利用回转效应，还可制成回转罗盘，这是一种供航行和飞行物体作方向基准的指北型回转仪，回转仪的自转轴水平地在子午面内，一端指北。为了补偿由于地球自转引起的子午面的运动，需要设计作用于回转仪的重力矩方向指西，使回转仪向西的旋动角速度与地球自转角速度相等，保证自转轴始终指北。

图1

图2