陀螺地平儀（gyroscopic horizon），是指利用陀螺特性測量飛機俯仰和傾側姿態的飛行儀表。
基本介紹
- 中文名：陀螺地平儀
- 外文名：無
- 作用：在飛機上測量其姿態。
- 安裝位置：安裝在儀錶板中間最顯著的位置
- 分類：直讀式與遠讀式
工作原理,分類,注意事項,
陀螺地平儀是利用三自由度陀螺儀的特性和擺的特性做成的陀螺儀表，用來測量飛機的姿態角。飛行員憑藉陀螺地平儀的指示，才能保持飛機的正確姿態，完成飛行和作戰任務。特別是在雲中飛行或進行夜航時，飛行員看不見大地的地平線和地標，如不藉助儀表，駕駛飛機就十分困難；而且，飛行員容易產生錯覺，甚至可能造成機毀人亡的事故。由於飛行姿態對飛行的運動狀態具有決定性的影響，對保證飛行安全也具有極大的重要性，因此，作為首要飛行儀表的陀螺地平儀通常都安裝在飛機儀錶板中間的最顯眼位置上。在有些飛機上還加裝了應急地平儀，以備主地平儀出現故障時使用。
飛機的姿態角是指俯仰角和傾斜角。假如飛機上有一個地平面基準，當飛機抬頭或低頭時，飛機縱軸與這個地平面之間的夾角就是飛機的俯仰角。當飛機繞縱軸向左或向右轉動時，飛機縱向對稱平面繞縱軸轉過的角度就是飛機的傾斜角。
要測得飛機的姿態角，關鍵是在飛機上建立一個地平面或地垂線基準。我們知道，擺能夠自動尋找地垂線具有方向敏感性；但它受加速度干擾時會產生很大的誤差，缺少方向穩定性。我們也知道三自由度陀螺儀的自轉軸並不因加速度干擾而改變方向，具有方向穩定性;但它卻不能自動尋找地垂線，沒有方向敏感性。即使把自轉軸調整到與地垂線重合，由於地球自轉和飛機運動導致地垂線在慣性空間不斷改變方向，而且陀螺漂移導致自轉軸在慣性空間也不斷改變方向,這就使得起初與地垂線重合的自轉軸逐漸偏離地垂線。由此想到把擺和陀螺儀二者的優點結合在一起，即用擺敏感地垂線並對陀螺儀進行修正,使具有方向穩定性的自轉軸獲得方向敏感性，這樣便可在飛機上建立一個精確而穩定的地垂線基準。
以三自由度陀螺儀為基礎，加上修正裝置，再裝上指示機構，就可構成陀螺地平儀。若不裝指示機構，而是裝上信號感測器，則可構成垂直陀螺儀。
工作原理
利用陀螺特性測量飛機俯仰和傾斜姿態的飛行儀表。飛行姿態對於飛機的運動狀態和保證飛行安全都有重要的意義，因此，陀螺地平儀或指引地平儀作為首要的飛行儀表，通常被安裝在儀錶板中間最顯著的位置上。
為了在飛機上測量其姿態，必須在機上建立一個地垂線或地平面基準。擺具有敏感地垂線的特性，但受加速度干擾時會產生很大的誤差。陀螺儀的自轉軸具有方向穩定的特性，但不能自動找到地垂線。陀螺地平儀結合二者的特性，以陀螺儀為基礎，用擺式敏感元件和力矩執行元件所組成的修正裝置對它進行修正，使自轉軸精確而穩定地重現地垂線。液體開關是現代地平儀常用的一種擺式敏感元件。它是具有擺的特性和電路開關特性的氣泡水準儀。密封容器內裝有特殊導電液體並留有氣泡，還裝有相互絕緣的電極。液體開關感受陀螺自轉軸相對地垂線的偏差，並將它變成電信號送至相應的力矩電機，產生修正力矩，使自轉軸再現地垂線。修正速度一般為幾度每分鐘。由於緩慢修正，當飛機加速度干擾引起液體開關的液面傾斜時，在短時間內錯誤修正僅引起自轉軸偏離地垂線一個很小的角度。而且，當飛機線加速度或盤旋角速度超過一定值時，會自動切斷相應的修正電路，以消除錯誤修正，提高抗干擾能力。儀表起動前陀螺自轉軸處於隨意位置，為使自轉軸快速重現地垂線，起動時可加大修正力矩或靠鎖定裝置把自轉軸鎖在地垂線方向上。
陀螺外環軸平行於飛機縱軸安裝。飛機俯仰或傾側時，儀表殼體隨之轉動，而陀螺自轉軸仍然重現地垂線，通過指示機構中飛機標誌相對地平線的位置，直觀而形象地顯示出飛機的姿態。為了防止俯仰角為90°時外環軸與自轉軸重合而使陀螺儀表失去正常工作條件，殲擊機地平儀中增設了隨動環，將陀螺轉子和內外環都安裝在隨動環上，而隨動環軸平行於飛機的縱軸安裝。飛機作任何姿態的機動飛行，隨動環都能保證自轉軸、內環軸和外環軸三者正交，從而使俯仰角和傾側角的顯示範圍均可達到360°。
航空陀螺地平儀在中國的教材中一般稱其為"儀表之王"，它保證了飛行員及時了解和掌握飛機俯仰、傾斜的角度，以便正確操縱飛機。原理見圖如下：
分類
蘇聯的航空陀螺地平儀主要介紹二戰之後的，這個時期才是蘇聯陀螺地平儀真正有特色的發展階段，尤其50-60年代研發的幾款地平儀更是經典設計，廣泛裝備當時蘇聯主導的華約組織、中國等國家的各型號軍民用飛機。
二戰時期的飛機機載設備還相對簡單，陀螺地平儀大多為純機械陀螺，陀螺馬達旋轉主要靠機上的高壓氣源驅動氣動馬達轉子高速旋轉，可靠性不是很好；隨著機上電源技術的進步，穩定的400hz電源保證了那個時代新開發的三相異步陀螺馬達的穩定運轉，從而蘇聯誕生了一批套用精巧思維設計的陀螺地平儀等一系列機電儀表，座艙儀表自此實現基本的電氣化。由此航空陀螺地平儀主要分為直讀地平儀和遠讀地平儀。
直讀式直接通過表的指示機構表示飛機姿態。遠讀式通過裝在陀螺儀上的感測元件輸出飛機姿態信號，由遠距傳輸系統送到地平指示器進行顯示。這種帶有信號感測元件的陀螺儀稱為垂直陀螺，它作為姿態感測器可向各機載系統提供飛機俯仰和傾側角信號。殲擊機用直讀式地平儀，在飛機爬升時，飛機標誌移到地平線下方，俯衝時則相反，不符合直觀感覺，遠讀式地平儀則能克服這一缺點。
注意事項
飛行姿態對於飛機的運動狀態和保證飛行安全都有重要的意義，因此，陀螺地平儀或指引地平儀作為首要的飛行儀表，通常被安裝在儀錶板中間最顯著的位置上。
