陀螺原理及應(yīng)用

前言

　　陀螺儀是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與慣性儀表的核心部件，在戰(zhàn)略武器中占有極其重要的地位，且在戰(zhàn)術(shù)武器中的應(yīng)用也日益廣泛。以陀螺儀為核心組成的各種系統(tǒng)和設(shè)備已被廣泛應(yīng)用于航海、航空、航天、陸地和兵器等導(dǎo)航領(lǐng)域，特別是核潛艇、戰(zhàn)略轟炸機(jī)、戰(zhàn)略導(dǎo)彈的高精度導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制。發(fā)達(dá)國(guó)家一直將陀螺儀技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)予以高度重視和大力發(fā)展?！　”緯?shū)針對(duì)現(xiàn)有教材應(yīng)用針對(duì)性不強(qiáng)、缺少新裝備內(nèi)容等問(wèn)題，從陀螺儀基本概念、基本理論入手，通過(guò)對(duì)自由陀螺儀的視運(yùn)動(dòng)分析，引出并論述了陀螺儀技術(shù)在陀螺方位儀、擺式陀螺羅經(jīng)、電控陀螺羅經(jīng)等導(dǎo)航裝備中的應(yīng)用，闡述了有關(guān)新型陀螺儀、新型陀螺導(dǎo)航裝備的相關(guān)知識(shí)，對(duì)陀螺導(dǎo)航裝備的研發(fā)、維修、培訓(xùn)具有理論指導(dǎo)作用?！　”緯?shū)共分lO章，第l章、第2章介紹了陀螺儀定位的基本理論。第3章～第5章論述了陀螺儀在陀螺導(dǎo)航裝備中的應(yīng)用。第6章介紹了微分陀螺儀和積分陀螺儀的相關(guān)知識(shí)。第7章介紹了陀螺儀漂移測(cè)試的基本原理。第8章～第lO章介紹了撓性陀螺儀、光纖陀螺儀、靜電陀螺儀等的相關(guān)知識(shí)。為方便讀者學(xué)習(xí)理解，書(shū)中提供了大量的習(xí)題并附部分參考答案，并在附錄中補(bǔ)充了一些必要的數(shù)學(xué)知識(shí)?！　”緯?shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，吸取了教學(xué)、科研的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)，參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)的文獻(xiàn)資料，在內(nèi)容上注重與裝備實(shí)際和學(xué)科前沿相結(jié)合，在敘述上力求突出重點(diǎn)、深入淺出?！　”緯?shū)在編寫(xiě)過(guò)程中得到了海軍工程大學(xué)殷立吳、高啟孝、周永余、邊少鋒、陳永冰、胡柏青等同志的幫助和支持，并吸取了他們?cè)诮虒W(xué)中的經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)本書(shū)提出的寶貴意見(jiàn)，在此表示誠(chéng)摯的感謝！　　限于編著者水平，書(shū)中難免有不妥與錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《陀螺原理及應(yīng)用》系統(tǒng)、全面地介紹了陀螺儀的基本概念、基本理論以及陀螺技術(shù)的應(yīng)用，并結(jié)合當(dāng)前部隊(duì)導(dǎo)航裝備的實(shí)際情況，介紹了光纖陀螺儀、靜電陀螺儀等。全書(shū)共分10章，主要內(nèi)容包括陀螺儀的基本理論、自由陀螺儀的視運(yùn)動(dòng)、擺式陀螺羅經(jīng)、電控陀螺羅經(jīng)、陀螺儀漂移測(cè)試的基本原理等。　　《陀螺原理及應(yīng)用》可作為導(dǎo)航工程、自動(dòng)化、精密儀器及機(jī)械以及相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生的教學(xué)用書(shū)和參考書(shū)，也可作為從事相關(guān)專業(yè)的科研和工程技術(shù)人員的參考用書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章 陀螺儀基本理論1.1 物體空間的位置和運(yùn)動(dòng)1.1.1 點(diǎn)的位置向量及其表示法1.1.2 方向余弦矩陣1.1.3 方向余弦矩陣的正交性1.1.4 剛體在空間的位置1.1.5 剛體在空間的運(yùn)動(dòng)和角速度向量1.1.6 哥氏(Coriolis)定理1.1.7 慣性橢球1.2 陀螺儀定義、分類及其基本特性1.2.1 陀螺儀的定義1.2.2 陀螺儀的分類1.2.3 陀螺儀的基本特性1.3 陀螺儀基本特性的力學(xué)原理1.3.1 動(dòng)量矩及動(dòng)量矩定理1.3.2 陀螺儀特性的力學(xué)原理1.4 陀螺儀的運(yùn)動(dòng)方程1.4.1 用歐拉動(dòng)力學(xué)方程建立陀螺儀運(yùn)動(dòng)方程1.4.2 用第二類拉格朗日方程列寫(xiě)陀螺儀運(yùn)動(dòng)方程1.4.3 用動(dòng)靜法列寫(xiě)陀螺儀運(yùn)動(dòng)方程1.5 陀螺儀的運(yùn)動(dòng)分析1.5.1 無(wú)外力矩作用時(shí)——定軸性1.5.2 在脈沖力矩作用下——穩(wěn)定性1.5.3 在常值力矩作用下——進(jìn)動(dòng)性習(xí)題1第2章 坐標(biāo)系及陀螺定位2.1 幾種常用的坐標(biāo)系2.1.1 慣性坐標(biāo)系2.1.2 地球、地理坐標(biāo)系及其運(yùn)動(dòng)2.1.3 與艦船固結(jié)的地理坐標(biāo)系2.1.4 載體坐標(biāo)系2.1.5 陀螺儀坐標(biāo)系2.2 自由陀螺儀的視運(yùn)動(dòng)2.2.1 視運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象2.2.2 陀螺儀視運(yùn)動(dòng)分析2.2.3 陀螺坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系習(xí)題2第3章 陀螺方位儀3.1 陀螺方位儀的功能、組成及工作原理3.2 陀螺方位儀的運(yùn)動(dòng)方程3.3 陀螺方位儀的使用誤差3.3.1 緯度誤差3.3.2 速度誤差3.3.3 摩擦誤差3.3.4 交鏈誤差3.3.5 重心偏移誤差3.3.6 參數(shù)不穩(wěn)定造成的誤差3.3.7 支架誤差習(xí)題3第4章 陀螺羅經(jīng)的指北原理4.1 使自由陀螺儀轉(zhuǎn)變?yōu)橥勇萘_經(jīng)4.1.1 擺式羅經(jīng)4.1.2 下重式陀螺球的找北能力4.1.3 陀螺球的無(wú)阻尼振蕩4.2 陀螺球主軸相對(duì)穩(wěn)定平衡位置的無(wú)阻尼振蕩4.2.1 陀螺球在靜止基座上的運(yùn)動(dòng)微分方程式和平衡位置4.2.2 陀螺球主軸相對(duì)平衡位置的微振動(dòng)方程4.2.3 陀螺羅經(jīng)的指向力矩4.2.4 陀螺羅經(jīng)的質(zhì)量系數(shù)4.3 陀螺球主軸的阻尼振蕩運(yùn)動(dòng)4.3.1 液體阻尼器4.3.2 阻尼器內(nèi)的液體是理想的情況下4.3.3 阻尼液體的流動(dòng)滯后于高度角變化1／4周期4.3.4 多余液體重力矩4.3.5 加阻尼器后陀螺球主軸的平衡位置4.4 陀螺球主軸阻尼振蕩的數(shù)學(xué)分析4.4.1 運(yùn)動(dòng)微分方程式4.4.2 aF衡位置4.4.3 主軸偏離平衡位置后在方位角上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律4.4.4 阻尼振蕩的動(dòng)態(tài)品質(zhì)參數(shù)4.5 基座運(yùn)動(dòng)對(duì)陀螺羅經(jīng)指向的影響4.5.1 速度自差4.5.2 速度自差校正器4.5.3 陀螺球主軸在運(yùn)動(dòng)基座上的無(wú)阻尼振蕩4.6 雙轉(zhuǎn)子擺式羅經(jīng)的沖擊誤差4.6.1 第一類沖擊誤差的產(chǎn)生及其消除4.6.2 第二類沖擊誤差的形成和消除4.6.3 沖擊誤差的合成4.7 舒拉(Sehuler)原理4.8 艦船搖擺對(duì)陀螺球指向的影響4.8.1 艦船的航向K為0°90°180°270°時(shí)的橫搖4.8.2 艦船的航向K為45°或135°時(shí)的橫搖4.8.3 搖擺誤差4.9 雙轉(zhuǎn)子陀螺球消除搖擺誤差的原理4.9.1 雙轉(zhuǎn)子擺式羅經(jīng)4.9.2 雙轉(zhuǎn)子陀螺球運(yùn)動(dòng)微分方程4.9.3 雙轉(zhuǎn)子陀螺羅經(jīng)的搖擺誤差習(xí)題4第5章 電控雙態(tài)羅經(jīng)5.1 電控羅經(jīng)的靈敏部分5.2 電磁擺與信號(hào)-力矩器的工作原理5.2.1 電磁擺5.2.2 信號(hào)-力矩器5.3 電控羅經(jīng)的傳動(dòng)過(guò)程及其電路系統(tǒng)5.4 方位儀工作狀態(tài)的電控羅經(jīng)5.4.1 靜止基座上的工作原理5.4.2 基座運(yùn)動(dòng)對(duì)方位儀指向的影響5.4.3 直航向等加速運(yùn)動(dòng)的影響5.5 電控羅經(jīng)在靜基座上的無(wú)阻尼運(yùn)動(dòng)5.5.1 無(wú)阻尼運(yùn)動(dòng)方程5.5.2 F衡位置5.5.3 運(yùn)動(dòng)規(guī)律5.6 電控羅經(jīng)在靜基座上的阻尼運(yùn)動(dòng)5.6.1 阻尼運(yùn)動(dòng)方程5.6.2 F衡位置5.6.3 穩(wěn)定條件5.6.4 運(yùn)動(dòng)規(guī)律5.6.5 電控羅經(jīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)5.7 艦船運(yùn)動(dòng)對(duì)電控羅經(jīng)的影響5.7.1 平衡位置5.7.2 電控羅經(jīng)的補(bǔ)償5.8 艦船的加速運(yùn)動(dòng)對(duì)電控羅經(jīng)的影響5.8.1 加速度對(duì)電磁擺的影響5.8.2 電磁擺的限擋作用5.9 電控羅經(jīng)的環(huán)航誤差5.10艦船搖擺對(duì)電控羅經(jīng)的影響5.10.1 電磁擺在無(wú)阻尼情況下電控羅經(jīng)的搖擺誤差5.10.2 強(qiáng)阻尼電磁擺克服搖擺誤差的原理5.11 電控羅經(jīng)的狀態(tài)變換與補(bǔ)償方法習(xí)題5第6章 微分陀螺儀和積分陀螺儀6.1 微分陀螺儀概述6.2 微分陀螺儀的運(yùn)動(dòng)方程和靜態(tài)特性6.3 微分陀螺儀的傳遞函數(shù)及其運(yùn)動(dòng)特性6.4 積分陀螺儀概述6.5 積分陀螺儀的運(yùn)動(dòng)方程及誤差分析6.6 積分陀螺儀的傳遞函數(shù)及其動(dòng)態(tài)特性6.7 積分陀螺儀的應(yīng)用6.7.1 構(gòu)成力反饋式微分陀螺儀6.7.2 用作陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的敏感元件習(xí)題6第7章 陀螺儀的漂移與測(cè)試7.1 陀螺漂移的基本概念第八章 撓性陀螺儀第九章 光纖陀螺儀第十章 靜電陀螺儀部分習(xí)題參考答案附錄A 符號(hào)詮釋附錄B 拉普拉斯（Laplace）變換參考文獻(xiàn)

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