垂直陀螺儀

垂直陀螺儀（Vertical Gyroscope）存在各種類型航空儀表的慣性導航系統和基本輸進系統中，用來丈量太空飛行器的側傾角度(橫滾)和俯仰角（姿態）。

其名稱源於設計核心是一個轉軸呈垂直方向的旋轉體。

基本介紹

• 中文名：垂直陀螺儀
• 外文名：Vertical Gyroscope
• 學科：航天航空>飛行儀表

簡介

陀螺儀作為一種慣性測量器件，是慣性導航、慣性制導和慣性測量系統的核心部件，廣泛套用于軍事和民用領域。

陀螺儀的原理很簡單，其基本原理和腳踏車能直立行走的原理一樣，核心部件是一個能快速旋轉的金屬輪，就是靠這個快速旋轉的輪子產生恆定的方向性，來指示或驅動或該變飛行器的飛行姿態，陀螺儀是靠陀螺輪高速旋轉而工作的。

航向姿態系統是一種測量、顯示飛機航向角、俯仰角和滾轉角的飛行儀表。它由全姿態陀螺儀、磁航向感測器或天文羅盤和全姿態指示器組成。

全姿態陀螺儀主要由航向陀螺和垂直陀螺(一種陀螺地平儀)組成。這兩個陀螺儀均裝在隨動環內，所以在飛機機動飛行時既能使航向陀螺的外環軸始終保持在地垂線方向上，又能使垂直陀螺的轉子軸和外環軸始終保持正交，以保證全姿態陀螺儀提供正確的航向、俯仰、傾側姿態信息。

垂直陀螺儀在現代飛機上套用非常普遍，它可以精確測量飛機的姿態角並輸出與姿態角成比例的電信號，提供給計算機，最終在儀表上顯示。為了測量和輸出飛機的姿態信號， 垂直陀螺儀上安裝了俯仰同步器和傾斜同步器，分別輸出俯仰角和 傾斜角電信號。而為了減小縱向加速度誤差，垂直陀螺儀安裝了俯仰直立和水平修正斷開電門，在存在縱向加速度時切斷陀螺儀的俯仰修正；為了減小盤旋誤差，垂直陀螺儀安裝了傾斜直立和水平修 正斷開電門，在盤旋傾斜時切斷陀螺儀的傾斜修正。

全姿態指示器

內部架構

垂直陀螺儀整個裝置內部分為上下兩部分，上半艙容納陀螺儀的機電設備，下半艙則包含了所有的系統電子器件。上半艙的基本部件主要由陀螺轉子、常平架、角度感測器、力矩器四個部分構成。

(1)陀螺轉子：常採用同步電機、磁滯電機、三相交流電機、無刷直流電機等拖動方法來使陀螺轉子繞自轉軸高速旋轉，並使其轉速近似為常值。

(2) 常平架：陀螺儀的內、外框架，或稱內、外環，它是使陀螺自轉軸獲得所需轉動自由度的結構，同時也是支撐整個陀螺儀運轉的機械結構。

(3) 角度感測器 ：用來測量陀螺儀內外環以及框架轉軸之間的轉動角度，此角度就是測量的飛機的姿態角。通常，陀螺系統中有兩組角度感測器，一組安裝在框架上，一組安裝在外環相應的支撐結構上。

(4) 力矩器：用來為主軸位置的修正提供修正力矩補償。在陀螺系統中，一般有兩組修正力矩器，分別安裝在框架和外環支撐殼體上。

分類

按驅動陀螺輪運轉的分類方式有：電動和氣動。

按姿態角測量分類方式有：摩擦式電位器（通過測量模擬電壓的大小來計算出姿態角）和非接觸式容柵感測器

垂直陀螺儀的工作原理