Sisteme de Dirijare a Traficului Aerian

Rolul aparatelor giroscopice

Aparatura giroscopică folosită la bordul aeronavelor moderne a devenit tot mai complexă din punct de vedere constructiv. Alături de mecanica fină, de mare precizie, în giroscoapele moderne şi-au găsit aplicaţii multiple cele mai noi componente electrotehnice şi electronice. Aceste perfecţionări constructive sunt o rezultantă directă a faptului că s-a mărit mult gama de utilizare a giroscoapelor la bordul aeronavelor, unde sunt instalate atât ca aparate ce furnizează diferite date echipajului, cât şi ca elemente constitutive ale aparatelor automate de navigaţie aeriană (pilotul automat). Aparatele giroscopice furnizează informaţii directe asupra unghiurilor de ruliu, tangaj şi giraţie, iar prin derivare şi asupra vitezelor şi acceleraţiilor de rotaţie a vehiculelor în jurul centrului de masă. Ele mai servesc şi ca elemente de diferenţiere, precum şi de integrare simplă sau dublă (similar operaţiilor matematice de calcul infinitezimal).

Deoarece în tehnica giroscoapelor s-au făcut mari eforturi şi progrese, încă în urmă cu 30 de ani s-au realizat primele instalaţii şi sisteme inerţiale de navigaţie, care au deschis o nouă eră în domeniul navigaţiei spaţiale, al dirijării aparatelor de zbor, rachetelor, vapoarelor şi submarinelor.

Elemente din Teoria Giroscopului

Deşi aparatura giroscopică este foarte diversă, componenta sa fundamentală, nelipsită, este giroscopul propriu-zis. Din această cauză, înainte de a studia şi descrie diversele aparate giroscopice, este necesar să se studieze giroscopul.

Corp solid rigid

Se numeşte solid rigid un corp la care distanţa dintre două puncte oarecare rămâne aceeaşi atunci când asupra lui acţionează un sistem de forţe finite, oricât de mari ar fi aceste forţe. În particular, dacă asupra vehiculului rigid acţionează două forte egale şi direct opuse, în două puncte A şi B diferite (fig. 2.1), ele nu au nici un efect asupra solidului, în sensul că dacă acesta se găsea în repaus faţă de un reper fix, el continuă să rămână în repaus, iar dacă se găsea în stare de mişcare (uniformă sau constant accelerată), el continuă să se mişte ca şi cum nu s-ar fi acţionat din mediul său exterior.

Fig. 2.1. - Solidul rigid

Definiţie:

Prin solid rigid liber se înţelege un solid rigid care poate avea orice poziţie în spaţiu. Poziţia ocupată este determinată de sistemul de forţe care se aplică asupra lui. Condiţia necesară şi suficientă ca un sis¬tem de forţe ce acţionează asupra unui solid rigid liber să fie în echilibru este ca, faţă de un punct arbitrar (oarecare) din spaţiu, să fie valabile relaţie:

R = 0 si M = 0

unde:

- R este vectorul rezultant al forţelor aplicate rigidului

- M este vectorul moment rezultant în raport cu un punct O, definit ca sumă a momentelor forţelor sistemului în raport cu acest punct

Un solid rigid care are un punct fix, O, faţă de care viteza V0=0 si a0=0, iar în rest toate punctele lui au acceleraţia diferită de zero, se numeşte rigid cu punct fix. Mişcarea generală a unui astfel de solid constă într-o succesiune de rotaţii instantanee  (x, y, z) în jurul unor axe (x, y, z) care trec prin punctul fix.

Definiţie:

Se numeşte giroscop un rigid de revoluţie care are un punct fix 0 situat pe axa sa de simetrie, în jurul căreia i se imprimă o mişcare de rotaţie rapidă.

Notă: În cadrul teoriei generale a giroscopului, valoarea vitezei de rotaţie nu este un indicator esenţial a1 existenţei fenomenului giroscopic. Deşi planeta noastră, Pământul, execută o rotaţie în 24 ore, el posedă proprietăţi giroscopice mult mai pronunţate decât giroscoapele tehnice cele mai perfecţionate, ce se rotesc cu viteze maxime de circa 60.000 rot/min.

Natura efectului giroscopic

Giroscopul a fost cunoscut mai întâi sub forma destul de banală a unui corp rotund, uniform şi orizontal, cu un sprijin punctiform, căruia i se imprimă o mişcare de rotaţie (numit popular ‘titirez’). S-a observat că acest corp are proprietatea de a-şi menine neschimbată poziţia axei de rotaţie, în jurul căreia se roteşte cu mare viteză. Primele experienţe s-au executat pe un plan înclinat. S-a observat că imprimând o anumită turaţie corpului şi aşezându-l pe planul înclinat, acesta îşi menţine verticalitatea axei de rotaţie, chiar şi în situaţia variaţiei unghiului de înclinaţie a planului suport.