4.3陀螺原理
4.3.1陀螺的定义 在航空上，陀螺仪用来测量飞机的姿 态角 ( 俯仰角、横滚角、航向角 ) 和角速 度，成为飞行驾驶的重要仪表。飞行控 制系统如自动驾驶仪和自动稳定器，则 是在测量出这些参数的基础上，实现对 飞机的自动控制或稳定，因而陀螺仪又 是飞行控制系统的重要部件。
陀螺：能够绕一定点做高速旋转的物 体。（一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子）
4.3陀螺原理
4.3.1陀螺的定义
例如：“地转子”当它不转动时和普通物体一样；当 它高速旋转起来以后，就有一个明显的特征：地转子能 稳定地直立在地面不会倒下。这说明高速旋转的物体具 有保持其自转轴方向不变的性质。根据这种性质所研制 出的一种能感测旋转的装置，叫陀螺仪。
4.3陀螺原理
因为陀螺仪可以感测物体相对于空间的旋转，所以， 可以利用它来测量角位移或角速度。利用这种原理研 制出了各种陀螺仪表，并在航空中得到了广泛的应用。 陀螺仪：将陀螺安装在框架装置上，使陀螺的自转轴 有一定的转动自由度，这种装置的总体。 陀螺的基本部件（航空仪表中的陀螺） 陀螺转子、内、外框架（支承部件） 附件（电机、力矩器、传感器等） 转子是一个对称的飞轮，可以高速旋转，其旋转轴为 自转轴，旋转角速度为自转角速度。
4.3陀螺原理
4.3.1陀螺的种类 二自由度陀螺：只有转子和内框，且只能绕两个互相 垂直的轴自由、积分
压电、微机械
4.3.3陀螺的基本特性
三自由度陀螺主要由两个基本特性：稳定性、进动性
1 、稳定性：三自由度陀螺保持其自转轴（或动量矩矢 量）在空间的方向不发生变化的特性。称为陀螺的稳定性。
进动角速度大小与外力矩的大小成正比，与转子的动量矩的大小成反比。
进动的“无惯性”
陀螺动力效应：陀螺力矩
外加力矩
M H
陀螺力矩：反作用力矩
M g H H
陀螺力矩的方向判断 陀螺力矩的作用对象
陀螺动力（稳定）效应，对外框架有效
陀螺动力（稳定）效应，对内框架无效
定轴性总结；漂移、章动
陀螺原理
内框可以绕内框轴相对外框自由旋 转。
外框又可以绕外框轴相对于支架自 由转动，这两种角速度都称为牵连角 速度
支点：自转轴、内框轴和外框轴的 轴线交于一点叫陀螺的支点。
整个陀螺可以绕支点做任意的转动。
4.3陀螺原理
4.3.1陀螺的种类 按结构分：有三自由度陀螺和二自由度陀螺 （1）三自由度陀螺：有转子、内框、外框组成，且能 够绕三个互相垂直的轴旋转的陀螺。 三自由度陀螺的内框和外框能保证自转轴在空间指向 任意方向，所以，内框与外框组成的支架又称为万向 支架 在三自由度陀螺中，重心和支点重合，轴承没有摩擦 的陀螺叫自由陀螺。它是一种理想的陀螺。
4.3.3陀螺的基本特性
4.3.3陀螺的基本特性
章动：当陀螺受到瞬时冲击力矩后，自转轴在原位置附近 做微小的圆锥运动，其转子轴的大小方向基本不变。 当章动的圆锥角为零时，就是定轴。章动是陀螺稳定的 一般形式，定轴是陀螺稳定的特殊形式。
进动的规律
2、进动性：陀螺仪受到外力矩时， 转子自转轴的转动方向与外力矩方向 相垂直的现象 进动、进动角速度
4.3.3陀螺的基本特性
4.3.3陀螺的基本特性
4.3.3陀螺的基本特性
4.3.3陀螺的基本特性
进动角速度的方向和大小
进动角速度的方向：最短路径法则 （H 沿着最短路径趋向 M）
进动角速度的大小：根据 M = ω×H，写成标量形式：
M = ω·H·sinθ
因此 ω = M /（H·sinθ）
二自由度陀螺仪的定轴性
二自由度陀螺仪具有抵抗干扰力矩， 力图保持其自转轴相对惯性空间方 位不变的特性（定轴性、或稳定 性）。
定轴性的相对性(一)：陀螺漂移 ω d = Md / H
定轴性的相对性(二)：章动现象
陀螺受冲击力矩时，自转轴将在 原来的空间方位附近作锥形振荡 运动
H J s
Js为陀螺转子的转动惯量
三自由度陀螺的稳定性有两种表现形式：定轴性和章动。
定轴性：当三自由度陀螺转子高速旋转后，若不受外力 矩作用，不管基座如何转动，支撑在万向支架上的陀螺仪 自转轴指向惯性空间的方位不变，这种特性叫定轴性。 章动：当陀螺受到瞬时冲击力矩后，自转轴在原位置附 近做微小的运动，其转子轴的大小方向基本不变。 当章动的圆锥角为零时，就是定轴。章动是陀螺稳定的 一般形式，定轴是陀螺稳定的特殊形式。
当二自由度陀螺底座绕垂直于X轴与Z轴成 角的轴以角 速度 旋转时．则将有陀螺力矩Mg作用于框架上，陀 螺力矩Mg为：
M g H sin
三自由度陀螺结构原理如图所示。三自 由度陀螺具有以下主要特性：
1)定轴性 2)进动性 3)无惯性