在飛彈設計中，一個經常會遇到的問題是如何控制飛彈的滾轉，空空飛彈在製造的過程中，其縱軸周圍的重量分配不可能做到絕對平衡特別是氣動面產生的氣動升力也不會絕對相同。這樣就會導致一個比較嚴重的後果，即飛彈在發射後會發生不正常的滾轉現象，造成尋的元器件無法準確追蹤目標。影響到飛彈的作戰效能。因此如何防止空空飛彈發射後的滾轉問題便成為必需解決的課題。陀螺舵就是為解決這一問題而發明的一種巧妙裝置，它不需要在彈體內安裝任何操縱部件，因此具有廣泛的套用前景。
基本介紹
- 中文名：陀螺舵
- 陀螺舵部件：殼體、轉子、轉軸和舵軸等組成
- 發明目的：解決伺服機構擠占彈體內部空間
- 原理：利用陀螺進動原理進行偏轉控制
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存在問題
現代飛彈多採用小展弦比翼面，這對滾轉的控制更為不利。通常情況下。這類問題可以通過安裝伺服控制機構加以解決。其工作原理是利用滾轉角速度感測器來感知飛彈發射後的滾轉角速度。然後把這一信息轉化為控制信號，驅動安裝在飛彈上的控制面進行偏轉。以糾正飛彈的滾轉。但是這類伺服機構需要安裝在彈體內部，這就不可避免地，尤其是對於尺寸本就較小的近距空空飛彈，這一問題就更為突出，因為會影響到飛彈內其他部件或推進劑的安裝，影響飛彈的射程以及其他性能。而且，由於伺服機構比較複雜，這就會降低飛彈的整體可靠性。
原理功用
陀螺舵就是為解決這一問題而發明的一種巧妙裝置，它結構獨特，構造簡單，屬於純機械裝置，更為重要的是，陀螺舵不需要在彈體內安裝任何操縱部件，因此具有廣泛的套用前景。
實際上，陀螺舵是一個二自由度陀螺，其第一個自由度是轉子繞轉軸旋轉，第二個自由度是陀螺舵殼體和轉子一起繞舵軸轉動。飛彈飛行時，帶齒的轉子在高速氣流的作用下旋轉，轉子轉速隨飛彈飛行速度和大氣密度的增加而增加。為增加轉速，有的飛彈在轉子前加裝導流槽，轉子的最高轉速可達每分鐘60000轉以上。當飛彈出現滾轉時，由於陀螺的進動，使陀螺舵偏轉，產生與飛彈滾轉方向相反的滾轉力矩，從而限制飛彈的滾轉角速度。若將陀螺舵的舵軸與飛彈縱軸成一定角度安裝，那么陀螺舵除控制飛彈滾轉角速度外，還能夠增加縱向和航向的氣動阻尼。
陀螺的進動性，是指如果在陀螺自轉主軸某處施加力F，對其產生力矩矢量，陀螺自轉主軸的運動並不發生在力的作用平面內，而是與此平面垂直。陀螺的這種特殊運動稱為進動。
飛彈發射後，除了可能產生圍繞縱軸的滾轉外，此外在圍繞橫軸和垂直軸也可能發生不必要的俯仰和偏航，這種趨勢同樣可能會對飛彈的制導產生不利影響，為此，人們開始考慮利用陀螺舵來加以修正。具體的解決辦法就是，讓陀螺舵的舵軸和飛彈的縱軸不是呈90度垂直安裝，而是向後傾斜成大於90度夾角，這樣陀螺舵在偏轉的同時，除了可以減小飛彈的縱軸滾轉角速度，還能夠對其俯仰及偏轉進行穩定，可謂一舉多得。
從外形上看，陀螺舵就像是安裝在飛彈彈翼上的一個厚厚的小型鋸片，飛彈發射後，陀螺舵的轉子在高速氣流的作用下高速轉動。按照觀察者從飛彈後部觀察的參考系，如果飛彈發射後出向逆時針方向滾轉的現象，那么彈體的運動將賦予陀螺舵轉子繞飛彈縱軸逆時針方向的轉動角速度，根據陀螺的進動性原理，高速旋轉的轉子將會產生一個與此角速度呈90度的進動角速度，在這個角速度的作用下，陀螺舵就會在轉子的進動作用下，沿舵軸發生偏轉。而這種偏轉又會在高速氣流的作用下產生氣動效應，推動飛彈產生繞彈體縱軸呈順時針的運動趨勢，從而糾正飛彈的滾轉運動。也就是說，無論飛彈如何沿縱軸滾轉，陀螺舵都會在轉子進動性的作用下產生反向的偏轉動作，把飛彈的滾轉角速度總是限制在一定的範圍內，即不會影響到飛彈的正常使用效能。根據美軍1955年進行的一系列試驗，在尺寸接近於“響尾蛇”飛彈、飛行速度在0.9-2.3馬赫之間的實驗彈上，通過套用陀螺舵，可以使飛彈的滾轉角速度控制在每秒鐘1弧度以內，從而保證飛彈能夠有效地完成攻擊任務。
注意事項
近距離觀察國產空空飛彈陀螺舵，雖然原理簡單，但這也是一個對加工精度要求十分講究的部件
今天在許多近距空空飛彈上，都能看到陀螺舵的身影，我們在文章中所講述的，還僅僅是陀螺舵的基本工作原理，其製造、使用以及維護方面，都有著特殊的要求。飛彈在存放、運輸期間，必須利用專用鎖止機構固定陀螺舵，以防止陀螺舵自由偏轉和其他物體發生碰撞導致損壞，另外，對於陀螺舵的轉子轉軸和舵軸的加工精度、匹配良好程度以及潤滑狀況，都有著較高的要求。一枚空空飛彈，也是一個複雜的系統，要讓它準確地命中目標，每一個環節都不可或缺，而陀螺舵，作為飛彈的重要穩定手段，既充滿了趣味，同時又是航空工程人員對於已知知識的巧妙運用。
解決方法
有些空空飛彈也利用其他方式來降低不利的滾轉速度，如法國“魔術”空空飛彈，就將尾部的十字形彈翼安裝在彈體後部可轉動的尾段上，即彈翼可繞飛彈縱軸自由旋轉。飛彈在飛行中，如果彈翼升力不對稱，則彈翼可繞飛彈縱軸空轉，而彈體則保持基本穩定。
