Giroscópio eletrônico faça você mesmo. Giroscópios em modelos controlados por rádio

giroscópio caseiro

giroscópio(do grego yupo "rotação circular" e okopew "olhar") - rotação rápida sólido, base do dispositivo de mesmo nome, capaz de medir a variação dos ângulos de orientação do corpo a ele associado em relação ao sistema de coordenadas inerciais, geralmente baseado na lei de conservação do torque (momento).

O próprio nome "giroscópio" e a versão funcional deste dispositivo foram inventados em 1852 pelo cientista francês Jean Foucault.

giroscópio rotativo- um corpo sólido em rotação rápida, cujo eixo de rotação é capaz de mudar a orientação no espaço. Nesse caso, a velocidade de rotação do giroscópio excede significativamente a velocidade de rotação do eixo de sua rotação. A principal propriedade de tal giroscópio é a capacidade de manter a mesma direção do eixo de rotação no espaço na ausência de momentos de força externos atuando sobre ele.

Para fazer um giroscópio, precisamos:

1. Um pedaço de laminado;
2. Parte inferior 2 peças. de uma lata;
3. Bastão de aço;
4. Plasticina;
5. Nozes e/ou pesos;
6. Dois parafusos;
7. Arame (espessura de cobre);
8. Poxipol (ou outra cola de endurecimento);
9. Fita isolante;
10. Threads (para lançamento e algo mais);
11. Bem como uma ferramenta: uma serra, uma chave de fenda, um núcleo, etc...

A ideia geral é clara, como mostrado na figura:

Começando:

1) Pegamos um laminado e recortamos uma moldura de 8 carvões (na foto é uma moldura de 6 carvões). A seguir, fazemos 4 furos: 2 (nas pontas) na frente, 2 transversalmente (iguais nas pontas), veja a foto. Agora vamos dobrar o fio em um anel (o diâmetro do fio é aproximadamente igual ao diâmetro da moldura). Vamos pegar 2 parafusos (parafusos) e perfurá-los no recesso nas pontas com um furador ou núcleo (na pior das hipóteses, você pode furar com uma furadeira).

2) É necessário montar a parte principal - o rotor. Para fazer isso, pegue 2 fundos de uma lata e faça um buraco no centro. O furo com diâmetro deve corresponder à haste do eixo (que iremos inserir lá). Para fazer uma haste de eixo, pegue um prego ou um parafuso longo e corte-o no comprimento, as pontas devem ser afiadas. Para melhorar o alinhamento, insira a vareta na furadeira e, como na máquina, afie com uma lima ou mó de 2 lados. Seria bom fazer um sulco para a planta com um fio. Vamos espalhar plasticina em um dos discos e colocar nozes e pesos (quem tiver um anel de aço, melhor ainda). Agora conectamos os dois discos (como um sanduíche) e os perfuramos através dos orifícios com uma haste de eixo. Lubrificamos tudo com poxipol (ou outra cola), inserimos nosso rotor na furadeira e enquanto o poxipol endurece vamos centralizar o disco (essa é a parte mais importante do trabalho). O equilíbrio deve ser perfeito.

3) Coletamos de acordo com a imagem, o movimento livre do rotor para cima e para baixo deve ser mínimo (sente-se, mas um pouco).

Uma vez assisti a uma conversa entre duas amigas, ou melhor, namoradas:

A: Oh, você sabe, eu tenho um novo smartphone, ele ainda tem um giroscópio embutido

B: Ah, sim, eu também baixei para mim, coloquei um giroscópio por um mês

A: Erm, você tem certeza que é um giroscópio?

B: Sim, um giroscópio para todos os signos do zodíaco.

Para diminuir um pouco esses diálogos no mundo, sugerimos que você descubra o que é um giroscópio e como ele funciona.

Giroscópio: história, definição

Um giroscópio é um dispositivo que possui um eixo de rotação livre e é capaz de responder a mudanças nos ângulos de orientação do corpo no qual está instalado. O giroscópio mantém sua posição inalterada durante a rotação.

A própria palavra vem do grego gyreuo- rodar e skopeo- observe, observe. O termo giroscópio foi introduzido pela primeira vez Jean Foucault em 1852, mas o dispositivo foi inventado antes. Isso foi feito por um astrônomo alemão Johann Bonenberger em 1817.

Eles são corpos sólidos girando em alta frequência. O eixo de rotação do giroscópio pode mudar sua direção no espaço. Projéteis de artilharia rotativos, hélices de aeronaves e rotores de turbinas têm as propriedades de um giroscópio.

O exemplo mais simples de um giroscópio é pião ou o conhecido pião infantil. Um corpo girando em torno de um determinado eixo, que mantém sua posição no espaço, se algumas forças externas e momentos dessas forças não atuarem no giroscópio. Ao mesmo tempo, o giroscópio é estável e capaz de suportar a influência de uma força externa, que é amplamente determinada por sua velocidade de rotação.

Por exemplo, se girarmos rapidamente o pião e depois o empurrarmos, ele não cairá, mas continuará girando. E quando a velocidade do pião cair para um determinado valor, a precessão começará - um fenômeno quando o eixo de rotação descreve um cone e o momento angular do pião muda de direção no espaço.

Tipos de giroscópios

Existem muitos tipos de giroscópios: dois E três graus(separação por graus de liberdade ou possíveis eixos de rotação), mecânico, laser E óptico giroscópios (separação de acordo com o princípio de funcionamento).

Considere o exemplo mais comum - giroscópio rotativo mecânico. Em essência, trata-se de um pião girando em torno de um eixo vertical, que gira em torno de um eixo horizontal e, por sua vez, é fixado em outro quadro, que já gira em torno de um terceiro eixo. Não importa como giramos o topo, ele sempre estará na posição vertical.

Aplicação de giroscópios

Devido às suas propriedades, os giroscópios são amplamente utilizados. Eles são usados em sistemas de estabilização de naves espaciais, sistemas de navegação de navios e aeronaves, dispositivos móveis e consoles de jogos, bem como simuladores.

Interessado em como tal dispositivo pode caber em um moderno celular e por que é necessário lá? O fato é que o giroscópio ajuda a determinar a posição do aparelho no espaço e a descobrir o ângulo de desvio. Obviamente, o telefone não possui um topo giratório direto, o giroscópio é um sistema microeletromecânico (MEMS) contendo componentes microeletrônicos e micromecânicos.

Como isto funciona na pratica? Imagine que você está jogando seu jogo favorito. Por exemplo, corrida. Para girar o volante de um carro virtual, você não precisa apertar nenhum botão, basta mudar a posição do seu gadget em suas mãos.

Como você pode ver, os giroscópios são dispositivos incríveis que possuem propriedades úteis. Se você precisar resolver o problema de calcular o movimento de um giroscópio no campo de forças externas, entre em contato com os especialistas do atendimento ao aluno que o ajudarão a lidar com isso de maneira rápida e eficiente!

Este produto caseiro será interessante, em primeiro lugar, para crianças pequenas. Especialmente se você colocá-lo juntos. Em geral, fazer um giroscópio rotativo a partir de meios improvisados é uma ótima maneira de se divertir e gastar seu tempo livre de maneira útil. Apesar da complexidade visual de toda a estrutura, é muito simples de fazer, pois, na verdade, um giroscópio é um pião comum, apenas com um “segredo”.

Porém, o próprio princípio de funcionamento do giroscópio também é bastante simples: o volante gira no sentido horário em torno de seu eixo, que, por sua vez, está associado ao anel e gira em um plano horizontal. Este anel é fixado rigidamente em outro anel girando em torno de um terceiro eixo. Esse é todo o segredo.

Processo de fabricação de um giroscópio mecânico rotativo

De cano de plástico corte dois anéis da mesma largura. Você também vai precisar de um rolamento, que precisa ser derramado com supercola para não girar. Pressionamos um “tablete” de madeira no anel interno, no qual deve ser feito um furo no centro para uma haste de metal com pontas pontiagudas.

Colocamos um pedaço de tubo de plástico em uma das pontas da haste (você pode pegar emprestado de uma caneta esferográfica). No anel de plástico, fazemos dois furos para a haste e a unimos ao eixo rotativo do mancal usando tubos de metal de diâmetro maior (você pode usar segmentos de uma antena telescópica).

Entre os giroscópios mecânicos destaca-se giroscópio rotativo - corpo rígido em rotação rápida cujo eixo de rotação é capaz de mudar a orientação no espaço. Ao mesmo tempo, a velocidade
a rotação do giroscópio excede significativamente a velocidade de rotação de seu eixo
rotação. A principal propriedade de tal giroscópio é a capacidade de manter
espaço direção invariável do eixo de rotação na ausência de
a influência de forças externas sobre ele.

Certifique-se de assistir a este vídeo.
Este é um giroscópio de loja:

Sim, do lixo)) vamos precisar de 1 pedaço de laminado (encontrei um pedaço do meu avô no
varanda), 2. O fundo e a tampa da lata (comi o feijão, peguei
jarra) 3. Vara de aço (a parte mais difícil foi encontrada na rua)
4. Plasticina (roubei da minha irmã) 5. Nozes ou (e) pesos 6. dois
um parafuso, um punção central (uma coisa pontiaguda na ponta, vai sair e um furador, tudo fica com o avô)
6. arame (grosso de cobre, encontrado por meu avô)) 7. Poxipol (ou outro endurecedor
cola, tirei do meu avô)) 8. Fita isolante (ibid.)) 9. Fios (para lançar e algo assim
também, na minha avó)) bem como uma serra, uma chave de fenda, etc ...
a ideia geral é clara aqui

então vamos montar a parte principal - o rotor (ou de alguma forma diferente)) pegamos o fundo e
pescoço (são iguais) fazemos um furo neles (no centro!!) o furo deve
ser tão grosso quanto uma vara de ferro. Nós cortamos a barra de ferro no comprimento, as pontas
afiar. Para fazer o alinhamento melhor, insira a haste na broca e como
afie a máquina com uma lima dos 2 lados, também é necessário fazer uma ranhura para
plantamos com um fio (você encontra na foto)) em um dos discos vamos untar plasticina, e
colocamos porcas e chumbadas nele (quem tem um anel de aço, finalmente
lindo) em seguida, conecte os dois discos (sanduíche) e perfure-os pelos orifícios
eixo. Lubrifique tudo com poxypol, enfie (caso)) em uma furadeira e por enquanto
poxypol está esfriando, vamos centralizar o disco (para não bater) isso é o mais importante
parte do trabalho. O equilíbrio tem que ser perfeito.

giroscópio caseiro

giroscópio(do outro grego yupo "rotação circular" e okopew "olhar") - um corpo sólido em rotação rápida, a base do dispositivo de mesmo nome, capaz de medir mudanças nos ângulos de orientação do corpo associado a ele em relação ao inercial sistema de coordenadas, geralmente baseado na lei de conservação do momento rotacional (momentum).

O próprio nome "giroscópio" e a versão funcional deste dispositivo foram inventados em 1852 pelo cientista francês Jean Foucault.

Entre os giroscópios mecânicos destaca-se giroscópio rotativo- um corpo sólido em rotação rápida, cujo eixo de rotação é capaz de mudar a orientação no espaço. Nesse caso, a velocidade de rotação do giroscópio excede significativamente a velocidade de rotação do eixo de sua rotação. A principal propriedade de tal giroscópio é a capacidade de manter a mesma direção do eixo de rotação no espaço na ausência de momentos de força externos atuando sobre ele.

Para fazer um giroscópio, precisamos:

A ideia geral é clara, como mostrado na figura:

Começando:

2) É necessário montar a parte principal - o rotor. Para fazer isso, pegue 2 fundos de uma lata e faça um buraco no centro. O furo com diâmetro deve corresponder à haste do eixo (que iremos inserir lá). Para fazer uma haste de eixo, pegue um prego ou um parafuso longo e corte-o no comprimento, as pontas devem ser afiadas. Para melhorar o alinhamento, insira a haste na broca e, como em uma máquina-ferramenta, afie-a com uma lima ou pedra de amolar dos 2 lados. Seria bom fazer um sulco para a planta com um fio. Vamos espalhar plasticina em um dos discos e colocar nozes e pesos (quem tiver um anel de aço, melhor ainda). Agora conectamos os dois discos (como um sanduíche) e os perfuramos através dos orifícios com uma haste de eixo. Lubrificamos tudo com poxipol (ou outra cola), inserimos nosso rotor na furadeira e enquanto o poxipol endurece vamos centralizar o disco (essa é a parte mais importante do trabalho). O equilíbrio deve ser perfeito.

3) Coletamos de acordo com a imagem, o movimento livre do rotor para cima e para baixo deve ser mínimo (sente-se, mas um pouco).

4) Colocamos uma proteção de arame, prendemos com um fio ou cola e nosso giroscópio está pronto.

Mecânico giroscópios são diferentes. De particular interesse é o giroscópio rotativo. Sua essência reside no fato de que um corpo girando em torno de seu eixo é bastante estável no espaço, embora possa mudar a direção do próprio eixo. A velocidade de rotação do eixo é significativamente menor que a velocidade de rotação das bordas do giroscópio. A rotação do giroscópio é semelhante ao movimento do pião no chão. A diferença entre o pião e o giroscópio é que o pião fica livre no espaço, e o giroscópio gira em pontos estritamente fixos localizados na barra externa, e tem proteção para continuar girando quando cai.

você vai precisar

- duas tampas de latas
- pedaço de laminado
- fita isolante
- nozes 6 unid.
- eixo de aço ou prego
- plasticina
- cola
- 2 parafusos
- fio grosso
- broca, arquivo

Instrução

Com essas peças, podemos começar a montar o rotor. Fazemos furos exatamente no centro das tampas das latas, de preferência com o mesmo prego daquele com o qual faremos o eixo do rotor. A seguir, com plasticina, fixamos as porcas na tampa, pode colocar mais de seis, o peso na borda do rotor vai aumentar seu tempo de rotação.
Em seguida, fazemos um eixo. Para isso, fixamos a furadeira elétrica em um torno, apertamos a unha sem tampa e afiamos com uma lima. Assim, a nitidez do eixo ficará localizada o mais próximo possível do centro do eixo. Ele precisa ser afiado em ambos os lados.
Sem retirar o eixo afiado da broca, faremos uma ranhura para a rosca que vai correr o rotor. Fixamos uma tampa com porcas no eixo com cola, mas não usamos uma que endureça muito rápido. Bem adequado "Poxipol". Lubrifique as porcas com a mesma cola.
Agora o mais importante é equilibrar. Enquanto a cola seca, você precisa colocar os pesos perfeitamente ao redor da borda da tampa. Ligamos a furadeira (verticalmente), se o rotor giratório bater em uma direção, alguma carga não está localizada corretamente. Corrija, tente novamente. Lubrifique as porcas na parte superior e cubra com uma segunda tampa. Colamos fita isolante nas bordas do rotor. Secamos. O próprio rotor está pronto!
Pegamos dois parafusos mais longos, os prendemos em uma morsa e perfuramos reentrâncias neles, nos quais o rotor será fixado. Agora precisamos criar uma moldura externa. Recorte um círculo do laminado. É melhor desenhar com antecedência com uma bússola. Desenhe imediatamente uma linha vertical e horizontal em um ângulo de 90 graus. Dentro recortamos um círculo menor, mas de forma que o rotor caiba ali. Nas linhas horizontais, fazemos furos para os parafusos opostos um ao outro. Aparafusamos os parafusos. Entre eles colocamos o eixo do nosso giroscópio. Nesse caso, você não deve apertar muito, caso contrário, o atrito diminuirá a velocidade de rotação e nada funcionará. Deixe cerca de 1 mm de curso, mas para que o giroscópio não caia dos parafusos. Colamos os parafusos na barra para que a vibração não os desaparafuse da moldura.
Resta apenas instalar a proteção. Pegamos um fio grosso e o dobramos em um anel. No local da horizontal marcada, anexamos ao nosso produto. O giroscópio está pronto. Enrolamos a linha no eixo e, puxando-a com força, verificamos o desempenho.

Os giroscópios são projetados para amortecer os deslocamentos angulares dos modelos em torno de um dos eixos ou para estabilizar seu deslocamento angular. Eles são usados principalmente em modelos voadores nos casos em que é necessário aumentar a estabilidade do comportamento do dispositivo ou criá-lo artificialmente. Os giroscópios encontraram o maior uso (cerca de 90%) em helicópteros convencionais para estabilização em relação ao eixo vertical, controlando a inclinação do rotor de cauda. Isso se deve ao fato de o helicóptero ter estabilidade intrínseca zero ao longo do eixo vertical. Em aeronaves, o giroscópio pode estabilizar rolagem, rumo e inclinação. O percurso é estabilizado principalmente em modelos turbojato para garantir decolagem e pouso seguros - há altas velocidades e distâncias de decolagem, e a pista costuma ser estreita. O passo é estabilizado nos modelos com estabilidade longitudinal baixa, nula ou negativa (com centralização traseira), o que aumenta sua manobrabilidade. Roll é útil para estabilizar mesmo em modelos de treinamento.

Em aviões e planadores de classes esportivas, os giroscópios são proibidos pelos requisitos da FAI.

O giroscópio consiste em um sensor de velocidade angular e um controlador. Via de regra, eles são estruturalmente unidos, embora em giroscópios modernos desatualizados e "legais" sejam colocados em caixas diferentes.

De acordo com o projeto dos sensores de rotação, os giroscópios podem ser divididos em duas classes principais: mecânicos e piezo. Mais precisamente, agora não há nada de especial para dividir, porque os giroscópios mecânicos são completamente descontinuados como obsoletos. No entanto, também escreveremos seu princípio de operação, mesmo que apenas por uma questão de justiça histórica.

A base de um giroscópio mecânico é feita de discos pesados montados em um eixo de motor elétrico. O motor, por sua vez, possui um grau de liberdade, ou seja, pode girar livremente em torno de um eixo perpendicular ao eixo do motor.

Discos pesados girados pelo motor têm um efeito giroscópico. Quando todo o sistema começa a girar em torno de um eixo perpendicular aos outros dois, o motor com discos se desvia para um determinado ângulo. A magnitude deste ângulo é proporcional à taxa de giro (aqueles que estão interessados nas forças que surgem nos giroscópios podem se familiarizar mais profundamente com a aceleração de Coriolis na literatura especializada). O desvio do motor é corrigido por um sensor, cujo sinal é enviado para a unidade eletrônica de processamento de dados.

Desenvolvimento tecnologias modernas permitiu o desenvolvimento de sensores de velocidade angular mais avançados. Como resultado, surgiram os piezogiroscópios, que agora substituíram completamente os mecânicos. Claro, eles ainda usam o efeito da aceleração Coriolis, mas os sensores são de estado sólido, o que significa que não há peças rotativas. Os sensores mais comuns usam placas vibratórias. Girando em torno do eixo, tal placa começa a se desviar em um plano transversal ao plano de vibração. Esse desvio é medido e alimentado na saída do sensor, de onde é levado por um circuito externo para posterior processamento. Os fabricantes mais famosos desses sensores são Murata e Tokin.

Um exemplo de um projeto típico de um sensor piezoelétrico de velocidade angular é dado na figura a seguir.

Os sensores deste projeto têm uma desvantagem na forma de um grande desvio de temperatura do sinal (ou seja, quando a temperatura muda na saída do sensor piezoelétrico, que está em estado estacionário, pode aparecer um sinal). No entanto, os benefícios recebidos em troca superam em muito esse inconveniente. Os piezogiroscópios consomem muito menos corrente em comparação aos mecânicos, suportam grandes sobrecargas (menos sensíveis a acidentes) e permitem uma resposta mais precisa às curvas do modelo. Quanto à luta contra a deriva, em modelos baratos de piezogiroscópios há simplesmente um ajuste "zero" e em modelos mais caros - instalação automática"zero" pelo microprocessador quando a energia é aplicada e compensação de desvio por sensores de temperatura.

A vida, no entanto, não pára, e agora na nova linha de giroscópios da Futaba (Família Gyxxx com o sistema "AVCS") já existem sensores da Silicon Sensing Systems, que se comparam muito favoravelmente em termos de características com Murata e Tokin produtos. Os novos sensores apresentam desvio de temperatura mais baixo, níveis de ruído mais baixos, imunidade a vibração muito alta e uma faixa de temperatura de operação estendida. Isso foi conseguido alterando o design do elemento sensor. É feito na forma de um anel operando no modo de vibração de flexão. O anel é feito por fotolitografia, como um microcircuito, por isso o sensor é chamado de SMM (Silicon Micro Machine). Não entraremos em detalhes técnicos, os curiosos podem encontrar tudo aqui: http://www.spp.co.jp/sssj/comp-e.html . Aqui estão apenas algumas fotos do próprio sensor, o sensor sem a tampa superior e um fragmento do elemento piezoelétrico anular.

Giroscópios e algoritmos típicos para sua operação

Os fabricantes de giroscópios mais famosos hoje são Futaba, JR-Graupner, Ikarus, CSM, Robbe, Hobbico, etc.

Agora vamos considerar os modos de operação usados na maioria dos giroscópios fabricados (consideraremos quaisquer casos incomuns separadamente mais tarde).

Giroscópios com modo de operação padrão

Neste modo, o giroscópio amortece os deslocamentos angulares do modelo. Herdamos esse modo dos giroscópios mecânicos. Os primeiros piezogiroscópios diferiam dos mecânicos principalmente no sensor. O algoritmo de trabalho permaneceu inalterado. Sua essência se resume ao seguinte: o giroscópio mede a taxa de giro e emite uma correção ao sinal do transmissor para diminuir a rotação o máximo possível. Abaixo está um diagrama de blocos explicativo.

Como pode ser visto na figura, o giroscópio tenta suprimir qualquer rotação, inclusive aquela causada por um sinal do transmissor. Para evitar tal efeito colateral, é desejável usar misturadores adicionais no transmissor, de modo que, quando o manche se desviar do centro, a sensibilidade do giroscópio diminua suavemente. Essa mixagem já pode estar implementada dentro dos controladores dos giroscópios modernos (para esclarecer se é ou não - veja as características do aparelho e o manual de instruções).

O ajuste de sensibilidade é implementado de várias maneiras:

Não há controle remoto. A sensibilidade é ajustada no solo (pelo regulador no corpo do giroscópio) e não muda durante o vôo.
Ajuste discreto (giroscópio de taxas duplas). No terreno, são definidos dois valores da sensibilidade do giroscópio (por dois reguladores). No ar, você pode selecionar o valor de sensibilidade desejado por meio do canal de controle.
Ajuste suave. O giroscópio define a sensibilidade em proporção ao sinal no canal de controle.

Atualmente, quase todos os piezogiroscópios modernos têm um ajuste de sensibilidade suave (e você pode esquecer com segurança os giroscópios mecânicos). As únicas exceções são os modelos básicos de alguns fabricantes, onde a sensibilidade é ajustada pelo regulador no corpo do giroscópio. O ajuste discreto é necessário apenas com transmissores primitivos (onde não há canal proporcional adicional ou é impossível definir a duração do pulso no canal discreto). Nesse caso, um pequeno módulo adicional pode ser incluído no canal de controle do giroscópio, que fornecerá os valores de sensibilidade especificados, dependendo da posição da chave seletora do canal discreto do transmissor.

Se falarmos sobre as vantagens dos giroscópios que implementam apenas o modo de operação "padrão", pode-se notar que:

Esses giroscópios têm um preço bastante baixo (devido à facilidade de implementação)
Quando instalado na cauda de um helicóptero, é mais fácil para iniciantes voar em círculo, pois o feixe não pode ser monitorado com precisão (o próprio feixe gira na direção do helicóptero).

Imperfeições:

Em giroscópios baratos, a compensação térmica não é bem feita. É necessário definir manualmente "zero", que pode mudar quando a temperatura do ar muda.
É necessário aplicar medidas adicionais para eliminar o efeito da supressão do sinal de controle pelo giroscópio (mistura adicional no canal de controle de sensibilidade ou aumento do fluxo do servo).

Aqui estão exemplos bastante conhecidos do tipo descrito de giroscópios:

Ao escolher uma máquina de direção que se conectará ao giroscópio, você deve dar preferência às opções mais rápidas. Isso permitirá que você obtenha maior sensibilidade, sem o risco de ocorrerem auto-oscilações mecânicas no sistema (quando, por overshoot, os lemes começam a se mover de um lado para o outro).

Giroscópios com modo de espera de direção

Neste modo, a posição angular do modelo é estabilizada. Para começar pequeno referência histórica. A primeira empresa a fabricar giroscópios com este modo foi a CSM. Ela chamou o modo Heading Hold. Desde que o nome foi patenteado, outras empresas começaram a inventar (e patentear) seus próprios nomes próprios. Assim surgiram as marcas "3D", "AVSC" (Angular Vector Control System) e outras. Tal variedade pode mergulhar um iniciante em uma leve confusão, mas, na verdade, não há diferenças fundamentais na operação de tais giroscópios.

E mais uma nota. Todos os giroscópios que possuem um modo Heading Hold também suportam o algoritmo de operação usual. Dependendo da manobra que está sendo realizada, você pode selecionar o modo giroscópio mais adequado.

Então, sobre o novo modo. Nele, o giroscópio não suprime a rotação, mas a torna proporcional ao sinal da alça do transmissor. A diferença é óbvia. O modelo começa a girar exatamente na velocidade desejada, independentemente do vento e de outros fatores.

Observe o diagrama de blocos. Mostra que do canal de controle e do sinal do sensor sai (após o somador) sinal de diferença erros, que é alimentado ao integrador. O integrador altera o sinal de saída até que o sinal de erro seja igual a zero. Através do canal de sensibilidade, é regulada a constante de integração, ou seja, a velocidade de trabalho da máquina de direção. Claro, as explicações acima são muito aproximadas e têm várias imprecisões, mas não vamos fazer giroscópios, mas usá-los. Portanto, devemos estar muito mais interessados em características práticas o uso de tais dispositivos.

As vantagens do modo Heading Hold são óbvias, mas gostaria de enfatizar as vantagens que aparecem quando tal giroscópio é instalado em um helicóptero (para estabilizar a cauda):

em um helicóptero, um piloto novato no modo hover praticamente não consegue controlar o rotor de cauda
não há necessidade de misturar o passo do rotor de cauda com gás, o que simplifica um pouco a preparação pré-voo
o ajuste do rotor de cauda pode ser feito sem tirar o modelo do chão
torna-se possível realizar manobras que antes eram difíceis (por exemplo, voar com a cauda para a frente).

Para aviões, este modo também pode ser justificado, especialmente em algumas formas 3D complexas como "Torque Roll".

Ao mesmo tempo, deve-se notar que cada modo de operação tem suas próprias características, portanto, usar o Heading Hold em todos os lugares seguidos não é uma panacéia. Durante o vôo normal do helicóptero, especialmente para iniciantes, usar a função Heading Hold pode resultar em perda de controle. Por exemplo, se você não controlar a cauda ao fazer curvas, o helicóptero tombará.

Exemplos de giroscópios que suportam Heading Hold incluem os seguintes modelos:

A alternância entre o modo padrão e Heading Hold é feita através do canal de controle de sensibilidade. Se você alterar a duração do pulso de controle em uma direção (a partir do ponto médio), o giroscópio operará no modo Heading Hold e, se na outra direção, o giroscópio mudará para o modo padrão. O ponto médio é quando a duração do pulso do canal é de aproximadamente 1500 μs; ou seja, se conectássemos uma máquina de direção a este canal, ela seria ajustada para a posição intermediária.

Separadamente, vale a pena abordar o tema das caixas de direção utilizadas. Para obter o efeito máximo do Heading Hold, você precisa instalar servos com velocidade aumentada e confiabilidade muito alta. Com o aumento da sensibilidade (se a velocidade da máquina permitir), o giroscópio começa a deslocar o servomecanismo de forma muito brusca, mesmo com uma batida. Portanto, a máquina deve ter uma grande margem de segurança para durar muito tempo e não falhar. Deve-se dar preferência às chamadas máquinas "digitais". Para os giroscópios mais modernos, até servos digitais especializados estão sendo desenvolvidos (por exemplo, Futaba S9251 para o giroscópio GY601). Lembre-se que no solo, devido à falta de feedback do sensor de arrastamento, se você não tomar medidas adicionais, o giroscópio certamente levará o servo à sua posição extrema, onde experimentará a carga máxima. Portanto, se o giroscópio e a máquina de direção não tiverem funções de limitação de deslocamento integradas, a máquina de direção deve ser capaz de suportar cargas pesadas para não falhar enquanto ainda estiver no solo.

Giroscópios de aeronaves especializados

Para uso em aeronaves a fim de estabilizar o rolamento, começaram a ser produzidos giroscópios especializados. Eles diferem dos usuais por possuírem mais um canal de comando externo.

Ao controlar cada aileron com um servo separado, aeronaves auxiliadas por computador usam a função flaperon. A mixagem ocorre no transmissor. No entanto, o controlador do giroscópio da aeronave no modelo detecta automaticamente o desvio de fase de ambos os canais do aileron e não interfere com ele. E o desvio antifase é usado no loop de estabilização de rotação - ele contém dois somadores e um sensor de velocidade angular. Não há outras diferenças. Se os ailerons forem controlados por um único servo, então um giroscópio de aeronave especializado não é necessário, um normal servirá. Os giroscópios de aeronaves são fabricados por Hobbico, Futaba e outros.

Em relação ao uso de giroscópios em uma aeronave, deve-se observar que você não pode usar o modo Heading Hold durante a decolagem e o pouso. Mais precisamente, no momento em que o avião toca o solo. Isso ocorre porque, quando o avião está no solo, ele não pode rolar ou virar, então o giroscópio levará os lemes a uma posição extrema. E quando a aeronave decola do solo (ou imediatamente após o pouso), quando o modelo está em alta velocidade, um forte desvio do leme pode ser uma piada cruel. Portanto, é altamente recomendável usar o giroscópio em aeronaves no modo padrão.

Em aeronaves, a eficácia dos lemes e ailerons é proporcional ao quadrado da velocidade da aeronave. Com uma ampla gama de velocidades, típica de acrobacias complexas, é necessário compensar essa mudança ajustando a sensibilidade do giroscópio. Caso contrário, quando a aeronave acelerar, o sistema mudará para o modo auto-oscilante. Se você definir imediatamente um baixo nível de eficiência do giroscópio, em baixas velocidades, quando for especialmente necessário, não terá o efeito desejado. Em aeronaves reais, tal regulação é feita por automação. Talvez em breve seja assim nos modelos. Em alguns casos, é útil mudar para o modo de auto-oscilação do controle - em velocidades de vôo muito baixas da aeronave. Muitos provavelmente viram como no MAKS-2001 o Berkut C-37 mostrava a figura de um "harrier". Ao mesmo tempo, a cauda horizontal frontal funcionava em modo auto-oscilante. O giroscópio no canal de rolagem permite que a aeronave "não caia na asa". Mais detalhes sobre a operação do giroscópio no modo de estabilização da inclinação da aeronave podem ser encontrados na conhecida monografia de I.V. Ostoslavsky "Aircraft Aerodynamics".

Conclusão

EM últimos anos Muitos modelos baratos de giroscópios em miniatura surgiram, o que permite expandir o escopo de sua aplicação. A facilidade de instalação e os preços baixos justificam o uso de giroscópios mesmo em modelos de treinamento e combate. A força dos giroscópios piezoelétricos é tal que, em um acidente, o receptor ou servo tem maior probabilidade de se deteriorar do que o giroscópio.

A questão da conveniência de saturar modelos voadores com aviônicos modernos cabe a cada um decidir por si. Em nossa opinião, nas classes esportivas de aeronaves, pelo menos em cópias, os giroscópios serão eventualmente permitidos. Caso contrário, é impossível garantir um vôo realista, semelhante ao original de uma cópia reduzida devido a diferentes números de Reynolds. Em aeronaves de hobby, o uso de estabilização artificial permite expandir a gama de condições meteorológicas de voo e voar com tal vento quando apenas o controle manual não é capaz de segurar o modelo.

Um giroscópio mecânico não é um dispositivo tão complicado, embora sua operação seja uma visão bastante bonita. Suas propriedades foram estudadas por cientistas por mais de duzentos anos. Alguém poderia pensar que tudo foi estudado, porque há muito tempo foi encontrado e uso pratico e o tópico deve ser fechado.

Mas há entusiastas que não se cansam de afirmar que, durante o funcionamento de um giroscópio, seu peso muda quando ele gira em uma direção ou outra ou em um determinado plano. Além disso, essas conclusões soam como se o giroscópio superasse a gravidade. Ou forma a chamada zona de sombra gravitacional. E, finalmente, há pessoas que dizem que se a velocidade de rotação do giroscópio for excedida a um certo valor crítico, então este aparelho adquire um peso negativo e começa a voar para longe da Terra.

Com o que estamos lidando? A possibilidade de um avanço da civilização ou uma ilusão pseudocientífica?

Teoricamente, a mudança de peso é possível, mas em velocidades tão altas que não pode ser verificada experimentalmente em condições normais. Mas há pessoas que afirmam ter visto a superação da gravidade da Terra em uma velocidade de rotação de apenas alguns milhares de minutos. Este experimento é dedicado a testar esta hipótese.

Características do giroscópio caseiro mais simples.

Nem todo mundo é capaz de montar um giroscópio. O rolo automático montou um giroscópio com peso superior a 1 kg. A velocidade máxima de rotação é de 5000 rpm. Se o efeito da mudança de peso estiver realmente presente, será perceptível na balança. Sua precisão, levando em consideração o atrito nas dobradiças, fica em 1 gr.

Vamos começar o experimento.

Primeiro, gire o giroscópio balanceado no plano horizontal no sentido horário. Um volante em rotação nunca estará completamente equilibrado, pois é impossível equilibrá-lo perfeitamente. E não há rolamentos perfeitos.

De onde vem a vibração axial e radial, que vai para a trave de equilíbrio? Como resultado, pode ocorrer um aumento ou diminuição imaginária de peso? Vamos tentar girar o volante no outro sentido para testar a teoria de que é o sentido de rotação que joga papel de liderança em um eclipse gravitacional. Mas parece que o milagre não vai acontecer.

O que acontece se você pendurar e girar o giroscópio em um plano vertical? Mas, neste caso, não há alteração na balança.

Precessão forçada.

Talvez na escola ou no instituto você tenha mostrado tal configuração para demonstrar a precessão forçada. Se você desenrolar o giroscópio, por exemplo, no sentido horário em um plano vertical, e depois girá-lo novamente no sentido horário, quando visto de cima, mas já em um plano horizontal, ele meio que decola. Assim, reage às influências externas e procura combinar o eixo e o sentido da sua rotação com o eixo e o sentido da rotação num novo plano.

Algumas pessoas que de repente se deparam com esse tópico têm uma compreensão errônea desse processo. Mm, parece que um giroscópio mecânico é capaz de decolar se for girado à força no segundo plano e, portanto, supostamente é possível criar um motor inovador. Ao mesmo tempo, o giroscópio sobe aqui apenas porque é repelido pelo suporte giratório, que por sua vez é repelido pela mesa. Na ausência de peso, o momento total de tal projeto será zero.