جایروسکوپ ، اصول و کارکرد جایروسکوپ ، اصول و کارکرد

[PILOT_OF_PERSIA 43]

یکی از کاربرد های فناوری لیزر که انقلابی به پا کرد، استفاده از ان در ژیروسکوپ های لیزری بود.

ژیروسکوپ چیست؟

ژیروسکوپ به منظور تثبیت موقعیت وسایل متحرک مانند هواپیما، بالگرد، کشتی و وسایل نقلیه ی زمینی با دستگاه های جنگی به کار می روند. ژیروسکوپ های معمولی شامل یک بخش گرداننده هستند که روی بخش گردان نصب می شوند. مدل های مربوط، حرکت های توپی گردان را می گیرد و به صفحات نمایش مناسب هدایت می کند و اطلاعاتی درباره ی انحراف از موقعیت اولیه را به کاربر سامانه می دهد.

گرچه ژیروسکوپ های مکانیکی دارای قابلیت اطمینان و دقت بالایی می باشند ولی یک اشکال کوچک در انها، در تعیین وضعیت ایجاد اشتباه می کند و با گذشت زمان این خطا بیشتر هم می شود.

ژیروسکوپ هایی که در خطوط هوایی مورد استفاده اند در موقعیت های مختلف دارای خطاهای مشخص هستند. برای مثال هنگام عبور از منتهی الیه اقیانوس اطلس، حدود چند کیلو متر خطا به وجود می اید. با استفاده از لیزرها، می توان عدم دقت ژیروسکوپ های عادی را حذف نمود. چرا که در ژیروسکوپ های لیزری، یک بخش گردان غیر مکانیکی جانشین نوع مکانیکی ان، می گردد.

ژیروسکوپ های لیزری

ژیروسکوپ های لیزری شامل لیزر های نوع جامد کریستالی هستند که به صورت حلقه یا مثلثی طراحی شده، پروتون ها هنگام حرکت در مسیر خود در این دسته از لیزرها، اطلاعات لازم را فراهم می اورند.

کاربرد ژیروسکوپ های لیزری حلقه ای در هواپیماهای جنگی است. این نوع ژیروسکوپ ها کوچک و سبکند و فاقد قسمت های مکانیکی هستند و لذا برای محیط های با حرکت و تکان های زیاد مناسب می باشد.

در ژیروسکوپ های لیزری ممکن است خطاهای نا چیز مشاهده شود که ناشی از چگونگی ارتباط ژیروسکوپ با سلاح بوده و مربوط به خود ژیروسکوپ نمی باشد.

چند شرکت از جمله شرکت سامانه های کنترل و هدایت منابع لیتون، بخش سامانه دریایی شرکت فرانتی، بخش دینامیک هوایی شرکت براک نل، بخش دفاع و هنوانوردی شرکت هانی ول و همچنین شرکت ای ال ام اریکسون به عنوان تولید کنندگان ژیروسکوپ های لیزری حلقه ای، برای کاربرد متعدد، شناخته شده اند.


منبع مجله هوا فضا

[worior 25,819]

بورن خوب بود ولي كاش بيشتر مينوشتي چندتا عكش هم ميزاشتي در كل يك كره شيشه اي از نصف آب پر كنيد درش رو هم ببندي و كره روي يه چيزي ثابت كنيد هر گاه اون وسيله حول محور چرخش كنه همواره آب توي كره صاف ميمونه و اون سطح صاف بيانگر سطح زمينه و چيزي كه حول محورش چرخيده بيانگر زاويه يا درجه چرخش هواگرد شماست.

[PILOT_OF_PERSIA 43]

دوست عزیز برای عکس چیزی پیدا نکردم.

[PILOT_OF_PERSIA 43]

دوستان گرامي مي توانيد با مراجعه به اين سايت با ژيروسكوپ ساخت دسته جوانان برومند كشورمان اشنا شويد. http://www.topiranian.com/topnews/archives/003675.html

[PILOT_OF_PERSIA 43]

وقتي كه كسي دوچرخه سواري را ياد مي گيرد، بي آن كه خود متوجه باشد از خاصيت ژيروسكوپ استفاده مي كند. همين طور وقتي كه شما در بازي فوتبال، توپ را به گردش در مي آوريد باز اين كار شما به ژيروسكوپ مربوط مي شود. در جهان دانش، ژيروسكوپ به منزله قلب است كه در بسياري از دستگاه ها و ابزارهاي نيرومند، كار گذاشته شده است. مثلاً به كمك آن حتي كشتي هاي غول پيكر و هواپيماها نيز به حركت درمي آيند با اين همه، ژيروسكوپ به قدري ساده است كه دوچرخه و حتي فرفره و برخي ديگر از اسباب بازي هاي كودكان نيز بر اساس آن درست شده اند. وقتي جسم گرداني (مثلاً توپ) را به حال خود رها كنيم، پيوسته در فضا، گِردِ محـور ثابتـي خواهد چرخيد. يعني آن كه شما مي توانيد يك خط موهوم را فرض كنيد كه از مركز آن «جسم گردان» گذشته، دايماً در جهت معيني به گردش خود ادامه مي دهد. اين حركت به خودي خود آن قدر ادامه مي يابد تا لحظه اي كه چيزي از خارج بيايد و جلوي آن را بگيرد. براي مثال، توپي كه بر محور معيني چرخش خود را آغاز كرده، بر همان محور ثابت مي ماند. مگر آن كه بادي تند بوزد و يا ضربه‌ مشتي بر آن وارد شود كه در اين صورت به مسير ديگري در خواهـد افتاد. -یک مثال دیگر: فرفره كوچكي رابچرخانيد فرفره حول محورش و روي نوك تيزخود شروع به چرخش مي كند.بدون چرخش فرفره امكان ايستادن فرفره روي نوكش وجود ندارد.اين توضيح ساده مبناي كاركرد ژيروسكوپ هاي مكانيكي مي باشد و از اين منظر زمين يك ژيروسكوپ بزرگ است كه به علت دوران محور خود رادر فضا ثابت نگه مي دارد. حركت كره زمين نيز مثال ديگري است براي ژيروسكوپ. زمين مانند فرفره بسيار بزرگي است كه محور آن از قطب شمال به قطب جنوب امتداد يافته است. جهت اين محور هميشه ، چه در شب و چه در روز و در طول همه ايام سال ، و همه سال ها ، به سوي ستاره قطبي زمین یک ژیروسکوپ بزرگ میباشد. محور ژيروسكوپ را محور چرخش مي نامند . مي دانيد وقتي كه بخواهيد محور ژيروسكوپ را تغيير بدهيد يك چيز جالب در آن جا رخ خواهد داد؟ فرض كنيد، محور چرخش افقي است. حالا فشاري بر نوك آن وارد آورده، مي خواهيد محور را به وضـع عمودي در آوريد. اما ناگهان متوجه مي شويد كه حركت آن هرگز طبق انتظار شما تغيير نمي يابد، بلكه نسبت به نيروي حاصل از فشار عمودي شما پيوسته در زاويه هاي قائمه اي به حركت خود ادامه مي دهد. پس مي بينيم كه محور، همچنان به طور افقي حركت مي كند. به همين دليل است كه دوچرخه سوار وقتي كه حس مي كند دارد به طرف راست مي افتد چرخ را اندكي به همان طرف راست متمايل مي گرداند. در اين طرف صورت، چرخ متحرك دوچرخه بر بدنه آن، نيرويي به صورت زاويه قائمه، وارد مي آورد. آن گاه به جاي آن كه دوچرخه سوار به سمت راست فرو افتد حركت خود را به پيش ادامه مي دهد و در ضمن چرخ هم راست مي شود. با كنترل اين نيروهاست كه دانشمندان توانسته اند به كمك «ژيروسكوپ» اژدرافكن و دستگاه هاي بمب افكن خودكار را به كار اندازند. در يك هواي طوفاني، ژيروسكوپ تنها دستگاهي است كه هواپيما را به حالت ثابت نگه مي دارد. پس ژيروسكوپ در هوانوردي نيز ارزش بسيار دارد. همين گونه اگر مي بينيد كه كشتي در درياي پرتلاطم واژگون نمي شود باز اين فايده‌ ژيروسكوپ هاي بزرگ و نيرومندي است كه در زير بدنه كشتي نصب شده اند و امواج شديد و پياپي دريا را خنثي مي كنند. - دلیل چیست؟ طبق اصل بقاي اندازه حركت زاويه اي هر جسم متقارن در حال چرخش سعي دارد جهت خود را همواره حفظ كند از اينرو اگر يك جسم متقارن رابا دور بالا بچرخانيم واطراف انرا با ياتاقان و بلبرينگ ازاد بگذاريم كه نيروهاي خارجي بر ان اعمال نشود با چرخش قابي كه جسم درون ان دوران مي كند جهت چرخش جسم دوار تغيير نمي كند. بنا براين ميتوانيم با كمك اين وسيله در اجسام متحرك جهت ثابتي داشته باشيم كه وضعيت فعلي خود را در هر لحظه با ان مقايسه نماييم و لذا موقعيت زاويه اي و بامحاسبه سرعت تغييرسرعت زاويه اي را بدست اوريم. عضو اصلي ژيروسكوپ هاي مكانيكي يك دستگاه دوار يا روتور است كه معمولا با سرعت زيادحول محور تقارن خود دوران مي كند اين سرعت از 3000 تا 300000 دور در دقيقه ميباشد لذا در اثر اينرسي جرم دوار اندازه حركت نسبتا بزرگي ايجاد مي شود.اگر ياتاقان بندي محور چرخش را در طوقه اي معلق تعبيه كنيم به نحوي كه گشتاور خارجي به ان وارد نشود با تمام وجود حركت هاي قاب محور چرخش روتور همواره به جهت ثابتي اشاره مي كند و موقعي تخود را در فضا حفظ ميكند.با اين روش مي توان جهت ويا محور هاي ثابتي را براي وسيله نقليه تعريف كرد كه هر گونه حركت زاويه اي نسبت به اين محورها سنجيده شود. متحرک روتور - انواع متحرک های روتور: ۱)موتور الكتريكي: در ژيروسكوپ ها معمولا از موتور الكتريكي استفاده مي شود چرا كه نياز به سرعت بسيار بالا در ابعاد كوچك است، معمولا در اين موتور براي ايجاد ممنتوم بيشتر، روتور خارج استاتور قرار مي گيرد. ۲)محرك نخي يا تسمه اي: در موشكها و مواردي كه در مدت زمان كوتاهي نياز است استفاده مي شود با كشيدن نخ يا تسمه روتور شروع به چرخش مي نمايد، اين محرك در موشكهاي برد كوتاه كاربرد دارد. از محرك نخي در موشك كبري و از محرك تسمه اي در موشك ماليوتكا استفاده مي شود. ۳) گاز تحت فشار: با دميدن گاز در پرده هاي روتور، روتور با سرعت زيادي به چرخش در مي آيد، در موشك تاو استفاده شده است. ۴)فنر : از فنر نيز جهت حركت محرك استفاده مي شود، در بعضي از موارد براي رسيدن به سرعت بسيار بالا در زمان كم از تركيب فنر و موتور الكتريكي استفاده مي شود. ۵)چاشنيهاي انفجاري : از چاشنيهاي انفجاري نيز در داخل روتور استفاده مي شود. -تاریخچه: كلمه ژيروسكوپ واژه اي يوناني است كه از دو بخش جايرو به معناي دوران واسكوپ به معناي نشان دادن است.به اين ترتيب معناي تحت الفظي ان دوران نما است كه بيانگر وظيفه ان نيز مي باشد .نخستين پديده ژيرو سكوپي 125 سال قبل ازميلاد حضرت مسيح توسط ابرخوس كشف شد.تا زمان نيوتن يعني اواخر قرن هفدهم ميلادي تحول چنداني در اين خصوص صورت نگرفت.اما قرن هيجدهم ميلادي برخي محققين مانند اويلر تحقيقات قابل ملاحظه اي در ديناميك اجسام دوار صورت دادند.در همين قرن در انگلستان درباره ايجاد يك افق مصنوعي براي كشتي ها برسي هايي به عمل امد.به اين منظور از يك قرقره دوار استفاده شد كه يك اينه مسطح عمود بر امتداد محور چرخش ان قرار داشت. ابرخوس دانشمند یونانی در اواسط قرن نوزدهم فوكو دانشمند فرانسوي براينشان دادن دوران زمين از يك ژيروسكوپ استفاده كرد كه اين كار به علت نداشتن يك موتور الكتريكي مناسب به شكل دقيقي انجام نگرفت.همين دانشمند بود كه براي نخستين باردر سال 1852 ميلادي نام ژيروسكوپ را براي ان برگزيد.در سال 1900 شخصي الماني به نام انشوش كامف تصميم به ساختن زير دريايي براي كاوش در قطب شمال گرفت.اما وسايل دقيق براي اين كار وجود نداشت.به ويژه قطب نماهاي مغناطيسي در محدوده قطب شمال به دليل وجود ميدان هاي مغناطيسي قوي از دقت وعملكرد صحيح مي افتادند.از اين رو تلاش كرد تا قطب نماي ديگري كه مستقل ازخواص مغناطيسي عمل كند بسازد.تلاش وي منجر به ساخت قطب نمايي شد كه بر اساس خواص ژيروسكوپي كار مي كردو ان را قطب نماي ژيروسكوپي نام نهادند.اين قطب نما در واقع نخستين وسيله دقيق هدايت و راهيابي استكه بر اساس اصول اينرسي كار مي كرد.پيشرفت صنعت و پديدار شدن وسايل نقليه فضايي لزوم ابداع و هدايت و كنترل دقيق را بيش از پيش اشكار ساخت.به ويژه وقوع جنگ جهاني اول و دوم و توليد نسل هاي جديد انواع هواپيماها و موشك ها دانشمندان و محققين را به نحو بارزي بر ان داشت تا در زمينه ابداع وسايل نقليه دقيقترو با كيفيت بالاتر تلاش بيشتري صورت دهند. قدم اساسي در اين زمينه طي جنگ جهاني دوم در دانشگاه ام.اي.تي امريكا برداشته شد كه تحت سرپرستي شخصي به نام چارلز دراپرژيروسكوپ هايي دقيق و كوچك براي نصب روي هواپيما ساخته شدكه به خاطر همين تلاش هايش اورااقاي جايرو لقب نهادند.پس از جنگ جهاني دوم روش هدايت وناوبري اينرسي به عنوان روشي دقيق و قابل اعتماد براي هدايت وسايل فضايي ساخته شد.نخستين سامانه هدايت كه به طور كامل بر مبناي اصول اينرسي توسط ژيروسكوپ ها و شتاب سنج ها عمل مي كردو در ان از ياتاقان هاي گازي براي تعليق طوقه ها استفاده شده بود درسال 1950 مورد ازمايش پروازي قرار گرفت. امروزه نيز سامانه هدايت اينرسي به عنوان يكي از مهمترين روش هابراي هدايت و كنترل در امر هوانوردي و فضانوردي و همچنين هدايت موشك ها كشتي ها و زير دريايي ها به طور گسترده مورد استفاده قرار داردو به اين امر انواع مختلفي از ژيروسكوپ ها و شتاب سنج ها اختراع شده اندكه به اختصار انواع انها را توضيح خواهيم داد. - انواع حركتهاي متحرك در فضا: هر متحرك در فضا 6 درجه آزادي دارد كه 3 حركت خطي و 3 حركت دوراني است براي مشخص نمودن حركت دوراني متحرك در فضا از 3 محور عمود بر هم استفاده مي شود كه عبارتند از: محور رول يا محور طول، محور پيچ يا محور عرضي و محور ياو. - محور رول: محور طولي يا محور جلو – عقب را محور رول مي نامند و حركت رول يعني دوران متحرك حول محورطولي خودش. - محور پيچ: محور عرضي يا جنبي را محور پيچ گويند. و حركت پيچ دوران متحرك حول محور عرضي خودش است كه محوري افقي است و عمود بر محور طولي مي باشد. - محور ياو: محور عمود بر دو محور ياو و پيچ است و دوران متحرك حول اين محور قائم را دوران ياو گويند. به دليل دقت و حساسيت كار معمولا از ژيروسكوپ با 3 درجه آزادي استفاده نمي شود از 3 ژيروسكوپ با يك درجه ازادي يا 2 ژيروسكوپ 2 درجه ازادي استفاده مي شود. -ساختمان اساسي انواع ژيروسكوپ: ژيرو سكوپ ها از نظر ساختمان به دو دسته "يك درجه ازادي"و "دو درجه ازادي" تقسيم مي شوند كه در اين تقسيم بندي ها توانايي حركت روتور نسبت به بدنه يا چارچوب ژيروسكوپ مورد نظر است. اگرروتورعلاوه برحركت دوراني خود حول محور چرخش بتواند حول يك محور ديگر دوران كند به ان ژيروسكوپ يك درجه ازادي مي گويند وچنانچه بتوتند حول دو محور ديگر دوران كند به ان ژيروسكوپ دو درجه ازادي اطلاق مي شود. -ژيروسكوپ دودرجه ازادي: ژيروسكوپ دو درجه ازادي نخستين نوع ژيروسكوپ است وبيشتر در سامانه هاي كنرل اتش وسايل كنترل موقعيت و قطب نماهاي ژيروسكوپي از ان استفاده مي شود.اين ژيروسكوپ را ژيروسكوپ دو محوره يا ژيروسكوپ سه بدنه اي نيز مي نامند.اين نوع ژيروسكوپ افزون بر محور چرخش رتور داراي دو محور دوران ديگر نيز مي باشد كه توسط دو عدد طوقه معلق دروني و بيروني فراهم شده است و در حالت عادي محور چرخش و اين دو محور نسبت به هم متماعد هستند.مجموعه طوقه داخل(كه در واقع تكيه گاه محور چرخش را فراهم مي كند) محور چرخش و روتور را مجموعه دوار مي گويند.تكيه گاه هاي طوقه داخلي در طوقه خارجي قرار دارد كه مي تواند در ان دوران كند.طوقه خارجي نيز به نوبه خود درون تكيه گاه هايي قرار دارد كه در بدنه ژيروسكوپ تعبيه شده و مي تواند داخل ان ها حركت دوراني داشته باشد.براي اندازه گيري حركت هاي محور چرخش حول دو محور طوقه داخلي و خارجي از نوع حس كننده- كه در امتداد اين محورها سوار شده است- استفاده مي شود.همچنين براي ايجاد حركت هاي عمدي ومشخس و اندازه گيري شده محور چرخش حول اين دو محوراز وسايل محركه مختلفي مانند مولد گشتاوراستفاده مي شود. ژیروسکوپ دو درجه ازادی -ژيروسكوپ يك درجه ازادي: ژيروسكوپ يك درجه ازادي نوع تكميل شده ژيروسكوپ دو درجه ازادي بوده و پس از ان بوجود امده است.در اين نوع ژيروسكوپ سه محور متعامد مشخص وجود دارد كه عبارتند از محور ورودي (كه بدنه حول ان دوران مي كند)محور خروجي(كه محور دوران طوقه نسبت به بدنه است)ومحور چرخش.در ابتدا اين سه محور كاملا بر هم عمودند.روتور اين نوع ژيروسكوپ به جز حركت حول محور چرخش تنها ميتواند حول يك امتداد ديگر يعني امتداد محور طوقه داخلي دوران نمايد(نسبت به بدنه جايرو) .ژيروسكوپ يك درجه ازادي را ميتوان در حالت كلي به سه دسته تقسيم كرد: ژيروسكوپ هاي سرعتي: در اين نوع عامل بازگرداندن طوقه مجموعه دوار به وضعيت اوليه يك عنصر الاستيك مانند فنر است و براي تعيين سرعت زاويه اي وسيله نقليه اي – كه ژيروسكوپ روي ان سوار شده – به كار مي رود و در چنين حالتي محور ورودي عمود بر دو محور چرخش و طوقه است. ژیروسکوپ سرعتی نمونه ای از ژیروسکوپ های یک درجه ازادی ژيروسكوپ هاي مقيد: چناچه در ژيروسكوپ انتگرالي از سيال با لزجت كم ويا گاز استفاده شود در اين صورت واكنش قابل توجهي به عنوان گشتاور ناشي از دمپينگ سيال نداريم و تنها عاملي كه سعي مي كند از خارج شدن طوقه از وضعيت اوليه جلوگيري كند واكنش اينرسي مجموعه دوار است.به چنين ژيروسكوپ هايي ژيروسكوپ غير مقيد مي گويند. ژيروسكوپ هاي انتگرالي: در اين نوع عامل اصلي مقاومت در برابر دوران طوقه مجموعه دوار حول محور خودش نسبت به بدنه ژيروسكوپ گشتاور ناشي از دمپينگ سيالي با لزجت بالا است و براي اندازه گيري جا به جايي دوراني به كار ميرود.در اين نوع ژيروسكوپ چون مجموعه در يك سيال شناور است اصطكاك تكيه گاه هاي محور خروجي كاهش مي يابد و در نتيجه خطاي ژيروسكوپ كم مي شود. ژیروسکوپ انتگرالی - تقسيم بندي ژيروسكوپ ها: علاوه بر تقسيم بندي بر حسب درجات تعداد ازادي ژيروسكوپ ها را مي توان بر حسب نوع كاربرد نيز تقسيم بندي نمود.بر اين مبنا ژيروسكوپ ها به چهار رده تقسيم مي شوند. - ژيروسكوپ هايي كه در بخش هدايت و ناوبري كاربرد دارند: وظيفه اصلي اين ژيروسكوپ ها ايجاد امتداد هايي معين در فضاي اينرسي است . اين نوع ژيروسكوپ ها بسيار دقيق بوده و توانايي حس كنندگي بالايي دارند.خطاي انها كم بوده و بيشتر در هواپيماها بالگردها فضاپيماها و موشك هاي دوربرد به كارمي روند. - ژيروسكوپ هايي كه در بخش پايداري و كنترل به كار مي روند: وظيفه اصلي اين ژيروسكوپ ها حس كردن و كنترل حركت هاي زاويه اي است.اين ژيروسكوپ ها نياز به دقت هاي به كار رفته در ژيروسكوپ هاي نوع قبل را ندارنداين نوع ژيروسكوپ ها در هواپيماها و موشك ها به كار مي رود كه البته وظيفه انها نسبت به ژيروسكوپ هاي هدايت و ناوبري متفاوت است. - ژيروسكوپ هايي كه دردرگيري هدف يابي و در پايداري و كنترل انتن وسايل فضايي به كار مي روند. اين نوع ژيروسكوپ در موشك هايي كه صفحه رادار انها روي هدف قفل مي شود و به اين ترتيب موشك را تارسيدن به هدف هدايت مي كند- كاربرد دارد. - ژيروسكوپ هايي كه براي تجزيه وتحليل اطلاعات پروازي (در حين پرواز يا پس از ان) به كار مي روند. -انواع ژيروسكوپ: - ژيروسكوپ DTG اين ژيروسكوپ كه بر اساس اندازه حركت زاويه اي عمل مي كند تقريبا در سال 1960 ابداع شد.در اين ژيروسكوپ عامل اصلي دوران يك موتور الكتريكي است كه محور دوران ان توسط يك زوج ميله – كه خاصيت فنر پيچشي دارند – به طوقه متصل شده است.خود طوقه نيز توسط زوج ميله ديگري با خاصيت فنر پيچشي به روتور –كه بر خلاف انواع پيشين در قسمت بيروني طوقه قرار دارد-متصل است.خاصيت اين دو زوج ميله هاي فنري اين است كه در يك سرعت خاص از دوران- كه به ان حالت "تشديد" مي گويند-عملكرد ان ها به گونه اي است كه دستگاه مانند يك ژيروسكوپ روتور ازاد عمل مي كند.اين ژيروسكوپ ها از نظر ابعاد بسيار كوچك و سبك هستند. -ژيروسكوپ هاي ليزري: اين ژيروسكوپ برخلاف ژيروسكوپ هاي قبلي داراي هيچ جسم متحركي كه ايجاد اندازه حركت خطي يا زاويه اي كند نيست.لكن ازانجا كه كاربرد ان شبيه ژيروسكوپ هاي معمولي براي اندازه گيري دوران است ان را درزمره ژيروسكوپ ها رده بندي مي كنند. در اين ژيروسكوپ از دوپرتو نور ليرز در يك مسير بسته و در جهت مخالف استفاده مي شود .نخستين نمونه تجاري ان در هواپيماهاي بويينگ 757-767 وايرباس 310 به كار رفته است. مزيت ان قابليت اطمينان بيش تر دامنه ديناميكي وسيع ترومقاومت خوب درمقابل شتاب هاي زياد است . ژيروسكوپ فيبرنوري : اين ژيروسكوپ تحقق اخرين انديشه هاي بشر در ساخت ژيروسكوپ است چرا كه در نوع خود كوچك بوده و به طور اني روشن مي شود عمرطولاني دارد.احتياجي به خدمات نگهداري نداشته و ارزان است.همچنين احتياج به سامانه تعليق طوقه اي ندارند.مبناي عملكرد اين ژيروسكوپ شبيه ژيروسكوپ ليزري است با اين تفاوت كه دران به جاي ليزر از يك نور پولاريزه استفاده شده و به جاي مسير ليزر از فيبرنوري استفاده مي شود. -ژيروسكوپ ديا پازوني: نوع ديگري از ژيروسكوپ –كه بر اساس اندازه حركت خطي عمل مي كند- از سامانه حفظ تعادل برخي حشرات الهام گرفته شده است.اين حشرات با استفاده از دو عضو غضروفي مرتعش كوچك- كه در طرفين بدنشان قرار دارد –تعادل خود را حفظ مي كنند.ژيروسكوپي كه بر اين مبنا ساخته شده است به ان "ژيروسكوپ دياپازوني"يا "ژيروسكوپ اتعاشي" مي گويند.روي پايه اصلي اين ژيروسكوپ دو شاخك فلزي (شبيه دياپازون) قرار دارد كه توسط اهنرباي الكتريكي به نوسان در مي ايد.اين نوسانات در جهت عكس يكديگر است يعني يا از هم دور مي شوند يا به هم نزديك مي شوند.در اثر اين دو حركت هر ذره مادي از شاخك ها داراي مولفه شتاب كوريوليس خواهد شد كه راستاي اين شتاب درامتدادمحورx است. منبع مجله هوافضا

[worior 25,819]

خوب بود ولي اين قسمت دوم رو همون اول مينوشتي icon_wink

[PILOT_OF_PERSIA 43]

ديگه به دلايلي نشد.

[oldmagina 9,235]

ژیروسکوپ و تاریخچه پایدار سازی برای جایگاه سلاحهای کنترل از دور : 

 

منبع : Gyroscopes and the History of Stabilization for Remote Weapons Stations    Will Dillingham on May 11, 2020

 

یک جایگاه سلاح کنترل از دور چیست ؟ 

 

یک جایگاه سلاح کنترل از راه دور (Remote Weapons Station) (RWS) یک سکوی سلاح کنترل از راه دور است که سلاحهای دارای گلوله های کالیبر سبک و متوسط روی آن نصب می شوند . به طور معمول یک جکارد (جایگاه سلاح کنترل از راه دور )(RWS) شامل اجزای حسگر ( زاویه سنج ها و شتاب سنج ها و غیره ) موتورهای حرکت دهنده ، یک برجک چرخان و یک رایانه است . امروزه شرکتهایی مانند Electro Optic Systems Pty Ltd به دنبال حق انحصاری توسعه نسل بعدی جکارد (RWS) های الکترو اپتیکال را که تثبیت شده با ژیروسکوپ ، آماده نبرد و ساخته شده برای هدفگیری دقیق هستند .

 

با توجه به این که دو مشخصه بسیار مهم جکارد (RWS) سرعت و دقت هدفگیری است ، روشهای پیشرفته تری برای تثبیت مورد نیاز هستند که مقابله با اهداف به درستی انجام شود . مهمترین وسیله ای که برای این کار مورد استفاده قرار می گیرد ، ژیروسکوپ است . 

 

 

ژیروسکوپ به عنوان تثبیت کننده : 

 

ژیروسکوپ برای محاسبه مدل حرکت افقی (pan) و عمودی (tilt) توسط جکارد (RWS) به کار می رود . مختصات کروی ( تتا ، فی و فاصله ) به طور طبیعی برای کاربرد این سیستم یک موضوع کلیدی است . زاویه تتا (theta)برای تنظیم موتور افقی و زاویه فی (phi) برای هدایت موتور عمودی و فاصله (rho) به طور معمول با استفاده از سیستم فاصله یاب لیزری تعیین می شود . 

 

وظیفه ارتقای ثبات جایگاه های سلاح کاری است که همیشه سازش پیدا می کند . استفاده خلاقانه از حسگرها و سازه ها به آرامی ، نسبت دقت در مسافت را افزایش می دهد . در جولای 2019 ارتش ایالات متحده برای به دست آوردن ساختار پایدار تری برای به دست آوردن مدل دقیق تر افقی و عمودی توسط ژیروسکوپها ، یک درخواست برای تعبیه کردن یک ضد لرزش برای جکارد (RWS) و برجک چرخان انجام داد . به علت این که لرزش به شدت الگوریتمهای مدلسازی سلاح را تحت تاثیر قرار می دهد ، این کار می تواند باعث فشار برای توسعه در هر دو قسمت ، سازه مناسب و اصلاح انواع حسگرهای بادوام شود .

 

 

اما مساله اصلی این است که سنسور مناسب چیست ؟

 

ادامه دارد ...

ویرایش شده در بهمن 1 توسط oldmagina
اصلاح نگارشی

[oldmagina 9,235]

ژیروسکوپ و تاریخچه پایدار سازی برای جایگاه سلاحهای کنترل از دور : 

 

منبع : Gyroscopes and the History of Stabilization for Remote Weapons Stations    Will Dillingham on May 11, 2020

 

قسمت دوم :

 

تاریخچه ساخت : از انواع مکانیکی تا سیستم های میکرو الکترومکانیکال (MEMS)

 

اولین ژیروسکوپ مکانیکی که برای تثبیت به کار رفت در زمان جنگ جهانی دوم دیده شد. این ژیروسکوپ که به وسیله چالرز استارک دراپر (Charles Stark Draper) اختراع شده بود ، برای تثبیت سکوی سلاح MK14 ( سال 1942 ) برای سلاحهای ضد هوایی کشتی پایه به کار رفت . این سیستم هدفگیری سلاح به طور موفقیت آمیزی همزمان با تطبیق پیدا کردن با گردش و تکانهای کشتی ، سیستم رهگیری و هدایت هدفگیری سلاح را بر علیه هواگردهای با سرعت بالا تثبیت می کرد . در طی جنگ جهانی دوم ، شرکت اسپری (Sperry Corp ) ، بر پایه طراحی دراپر ، صد هزار نسخه از این سیستم را تولید و عرضه کرد.

 

مدتی بعد از اختراع ژیروسکوپ مکانیکی ، ژیروسکوپ حلقه لیزری (Ring Laser Gyroscope)(RLG) نیز عرضه شد . اولین ژیروسکوپ حلقه لیزری آزمایشی در ایالات متحده ، در سال 1963 و توسط ماسک (Macek) و دیویس (Davis) به نمایش درآمد . اولین فایده بزرگ این ژیروسکوپها ( مخصوصا در دنیای تثبیت کننده های سلاح ) این بود که تاثیر شتاب و شوک روی آنها خیلی کم بود .  در سال 1976 ویکتور والی (Victor Vali) و ریچاردشورتهیل (Richard Shorthill) یک ژیروسکوپ فیبر اپتیک (Fiber-Optic Gyroscope)(FOG) عملیاتی رونمایی کردند . در اواخر دهه 1980 خیلی ها استفاده از نوع فیبر اپتیک را به حلقه لیزری ترجیح می دادند . علت این بود که انواع حلقه لیزری دارای اندازه بزرگتر ، وزن بالاتر و نیازمند انرژی بیشتری بودند . خوبی دیگر انواع فیبر اپتیک در آن زمان،  این بود که مقاومت خوبی در برابر تداخلات فرکانسهای رادیویی و الکترومغناطیسی داشتند . با توجه به ترسی که از اوج گرفتن نسل جدید تسلیحات الکترو مغناطیسی به وجود آمده بود و خروجی رسانه هایی مانند نیویورک تایمز مبنی بر فاجعه قریب الوقوع در اثر پالسهای الکترومغناطیس هسته ای (Nuclear Electro-Magnetic Pulses)(NEMP) توجه تهیه کنندگان تسلیحات نظامی بیشتر به انواع فیبر اپتیک جلب شد.  

 

در سال 2004 بود که ژیروسکوپهای فیبر اپتیک در اولین جکارد (RWS) های رسمی تولید شده در برنامه جایگاه سلاح مشترک کنترل از دور (Common Remotely Operated Weapon Stations)(CROWS) ایالات متحده به کار گرفته شدند . در سال 2010 بسیاری از شرکتهای کوچکتر مانند صنایع KVH ، با استفاده از تکنولوزی فیبر اپتیک در قراردادهای چند میلیون دلاری نظامی برنده شدند . 

 

 

 

موضوع جالب این است که چه اتفاقی افتاد که الان سیستمهای میکرو الکترومکانیکی (Microelectromechanical Systems)(MEMS) بازار ژیروسکوپ را پر کرده اند !

 

 

ادامه دارد ... 

ویرایش شده در بهمن 1 توسط oldmagina
اصلاح نگارشی

[oldmagina 9,235]

ژیروسکوپ و تاریخچه پایدار سازی برای جایگاه سلاحهای کنترل از دور : 

 

منبع : Gyroscopes and the History of Stabilization for Remote Weapons Stations    Will Dillingham on May 11, 2020

 

قسمت سوم :

 

سیستمهای میکروالکترومکانیکال ، آینده تثبیت :

 

اولین پله تثبیت شده ای که برای بنای ژیروسکوپهای جدید با نام امروزی سیستمهای میکروالکترومکانیکال (MEMS) ، برداشته شد ، ساخت ژیروسکوپ دو حلقه ای بود . این ژیروسکوپ چنگال توازنی از جنس کوارتز (silicon-on-glass)(SOG) داشت و در سال 1984 توسعه یافت . این تکنولوژی چیزی بود که اجازه داد چالرز دراپر اولین ژیروسکوپ سیستم میکرو الکترومکانیکال را در سال 1992 در آزمایشگاه دراپر بسازد. اگر چه عملکرد این وسیله در بهترین حالت پایین تر از متوسط بود اما ابتدایی ترین و اولین فایده های آن در مقایسه با انواع حلقه لیزری و فیبر اپتیک ، قیمت پایین تولید ، نیاز به انرژی کمتر و اندازه کوچکتر بود.

 

در سال 1992 سازمان طرحهای تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (Defense Advanced Research Projects Agency)(DARPA) سنسورهای سیستم میکروالکترومکانیکال را به عنوان تکنولوژی نوظهوری که برای نیازهای امنیت ملی حیاتی بود ، معرفی کرد . بر همین اساس این سازمان به طور رسمی برنامه سیستم میکروالکترومکانیکال را پایه گذاری کرد. این سرمایه گذاری به وسیله وزارت دفاع (Department of Defense)(DOD) ایالات متحده منجر به یک سرمایه تحقیقاتی شد که با سرعت بالای توسعه اش باعث بهتر شدن تکنولوژی سیستم میکرو الکترومکانیکال و بهبود فزاینده عملکرد آن گردد . در نتیجه کمک انجام شده ، سیستم میکروالکترومکانیکال شروع به درخشش در مقابل سیستمهای متداول فیبر اپتیک و حلقه لیزری کرد . 

 

 

تصویر شماتیک همراه با تصویر واقعی با میکروسکوپ نوری از MEMS

 

موارد زیر خلاصه ارتقا و پیشرفتهای تکنولوژی هستند که در نتیجه انجام طرح سیستم میکروالکترومکانیکال به دست آمده اند :

1 - صرفه جویی در فضا : ابزار سیستم میکروالکترومکانیکال نهایت بهره وری در استفاده از فضا را دارند . این ابزار به شکل چیپ (chips) عرضه شده اند که با عرض چند میلی متری به راحتی روی هر برد مدار الکتریکی قرار می گیرند . 

2 - رابط دیجیتال : تولید اطلاعات دیجیتال به این معنی است که علایم می توانند رمز گذاری شوند و اکنون کاربران می توانند به جای چند هفته ، در طی چند ساعت قالبهای اطلاعاتی را بازنویسی کنند . علاوه بر آن دسترسی دیجیتال بر خلاف روش قبلی که برای ارتباط در هر جهت نیاز به رابط خاصی داشت ، به معنی ارتباط دو سویه از طریق یک رابط است .

3 - بهره وری بالا : کارآیی متغیر به کاربران اجازه می دهد که موارد مورد نیاز درخواستی را بدون پرداخت هزینه اضافی به دست بیاورند . رشد تکنولوژی به مفهوم بهبود در کارآیی ژیروسکوپهای سیستم میکرو الکترومکانیکال است . کارآیی در زمینه اعمال تاکتیکی و جهت یابی از نتایج حاصل است .

4 - دوام بالا : بر خلاف ژیروسکوپهای توازن پویا (Dynamically Tuned Gyroscopes)(DTG) یا نوع حلقه لیزری و موارد مشابه آن ، در سیستم میکروالکترومکانیکال هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد و بنابراین نیاز به نگهداری خاصی ندارد .

5 - مقرون به صرفه : به طور کلی اجزای بر پایه سیستم میکروالکترومکانیکال به قیمت خیلی پایین تری از سیستم های حلقه لیزری یا فیبر اپتیک در دسترس هستند . با توجه به این که ابزارهای برپایه سیستم میکروالکترومکانیکال کارآیی متغیر دارند ، کاربران همیشه می توانند ابزاری با مشخصات مورد نیاز خود را بخرند و نیازی به هزینه بالاتر از نیاز ندارند . علاوه بر این فرآیندهای تولید ابزارهای سیستم میکروالکترومکانیکال ، در مقایسه با انواع فیبر اپتیک و حلقه لیزری بسیار ارزانتر هستند. 

 

 

نسبت اندازه واقعی یک MEMS در مقایسه با سکه یک یورویی

 

سیستم میکروالکترومکانیکال "جنگجوی سرسخت" :

 

اولین کاربرد شناخته شده از کاربردن ژیروسکوپ سیستم میکروالکترومکانیکال برای تثبیت یک سلاح به سال 1994 برمی گردد که بر روی یک مهمات هدایت پذیر با برد افزایش یافته (Extended Range Guided Munition)(ERGM) بود . این برنامه توسط نیروی دریایی ایالات متحده شروع شد و توسط شرکت ریتون (Raytheon) تکمیل شد . در نتیجه این برنامه ژیروسکوپهای بر پایه سیستم میکروالکترومکانیکال به سرعت توسعه یافتند . یکی از پرتابه هایی که در این طرح توسعه پیدا کردند ، EX-171 است .

 

 

پرتابه EX-171

 

در سال 2002 در صنایع تسلیحاتی پیشرفته ، یک راه حل جدید برای تثبیت و پایش موقعیت در ژیروسکوپهای بر پایه سیستم میکروالکترومکانیکال ارائه شد. این سیستمهای جدید در نتیجه ارائه و اجرای دو برنامه جدید توسط DARPA اتفاق افتاد که عبارت بودند از : پردازشگرهای آرایه سیگنال نانو مکانیکال (Nano Mechanical Array Signal Processors)(NMASP) و تکنولوژی میکرومکانیکی سازگار با محیط خشن (Harsh Environment Robust Micromechanical Technology)(HERMIT) . این طراحی برای تاب آوری بالای این محصولات در محیط های پرتنش باعث شد که بسیاری از این ابزار نام واحدهای سنجش لختی (Inertial Measurement Unit)(IMU) "جنگجوی سرسخت" (GunHard) را بگیرند .

 

از سال 2004 به بعد تعداد زیادی از شرکتهای خصوصی مانند Honeywell ، AIS Inc ، Raytheon ، Inertial Labs Inc و Colibrys ( که بعدا در سال 2013 توسط شرکت Safran خریداری شد ) بتوانند جایگزینهای جدید و با قیمت پایین خود را به جای سیستمهای متداول فیبر اپتیک و حلقه لیزری برای مهمات هدایت پذیر و جکارد (RWS) ارائه کنند .

 

 

ادامه دارد ...

ویرایش شده در بهمن 1 توسط oldmagina
اصلاح نگارشی

[oldmagina 9,235]

ژیروسکوپ و تاریخچه پایدار سازی برای جایگاه سلاحهای کنترل از دور : 

 

منبع : Gyroscopes and the History of Stabilization for Remote Weapons Stations    Will Dillingham on May 11, 2020

 

قسمت آخر :

 

نوآوری های اخیر برای جکارد (RWS)  :

 

ارتقای تثبیت کننده ها :  

 

لرزش با اشباع تعدادی از دامنه ها همیشه تاثیر منفی روی همه سیستمهای تثبیت داشته است . اخیرا کورتیس رایت (Curtiss-Wright) برای مقابله با این مشکل ، یک سیستم فرمان کنترل برجک (Turret Drive Servo System)(TDSS) عرضه کرد که لرزشهای ناخواسته را کاهش میدهد و یک ارتقای قابل توجه برای رسیدن به تثبیت برجک و سیستم هدف گیری به شمار می رود . این سیستم به صورت یک کیت برای استفاده روی سکوهای مختلف عرضه می شود و قابل سفارشی سازی است .

 

 

توسعه های سلاح :

 

یک شرکت دیگر صنعت دفاعی آمریکایی ، کارخانه سیستمهای دفاعی EOS آمریکا (EOS Defense Systems USA Inc.) یک جکارد (RWS) جدید ارائه کرده است که بیشتر برای استفاده ای فراتر از آتشبارهای کم قدرت استفاده می شود . این جکارد (RWS) که EOS R400S Mk2 نام دارد ، یک جایگاه سلاح تثبیت شده الکترو اپتیکال است که علاوه بر سلاح متعارف نورتروپ گرومن که  بوشمستر M230LF است ، قابلیت شلیک موشکهای جاولین (FGM- 148) را به عنوان سلاح ضد تانک هم دارد . 

 

 

تطبیق پذیری حامل :

 

در خارج از ایالات متحده ، شرکتهایی مانند Leonardo SpA که در اسپانیا مستقر است ، جکارد (RWS) هایی تولید می کنند که برای استفاده هایی فراتر از خودروهای زمینی کاربرد دارند . این سیستم های هدف گیری اتوماتیک ، فرآیندهای تشخیص هدف ، رهگیری و عملیات خودکار را مخصوصا در سکوهای هوایی بال ثابت به عهده دارند . با توجه به موافقت نهایی انجام شده در سال گذشته که در واقع ثبت اختراع آن در سال 2011 بوده است ، شرکت Leonardo SpA با پیش بینی فناوری هایی که یک دهه بعد در صنایع به کار خواهند رفت ، ابداع و ارتقای سیستم ها را ادامه می دهند .

 

 

پی نوشت : سعی شد مطالب عمومی تر و کاربردی مقاله ارائه شود و همه مقاله آورده نشده است .

 

پی پی نوشت : جکارد ، جایگاه سلاح کنترل از راه دور که به عنوان معادل RWS  (Remote Weapons Station) واژه گزینی شده است .

 

 

 

 

ویرایش شده در بهمن 1 توسط oldmagina
اصلاح نگارشی