Существенное повышение точности Г. у. достигается при применении гироскопов с газовым подвесом. Ротор такого гироскопа обычно имеет сферическую форму и опирается па чрезвычайно тонкий газовый слой, образующийся между шаром-ротором и специальной опорой. Такой шар является практически свободным гироскопом. Газовые опоры могут также применяться в осях подвеса ротора и кардановых колец.
В некоторых Г. у. используется гироскоп с магнитным подвесом, ротор которого, выполненный в виде ферритовой сферы, поддерживается магнитным полем во взвешенном состоянии. Необходимые характеристики поля автоматически регулируются специальной следящей системой. Другой разновидностью магнитного подвеса является т. н. криогенный подвес ротора, в котором используется взаимодействие магнитных полей, создаваемых токами в сверхпроводниках. Поддерживающие силы магнитного поля возникают при изменении положения ротора по отношению к элементам подвеса. Материал ротора, катушек электромагнитов и специальных экранов приводится в сверхпроводящее состояние путём глубокого охлаждения.
В гироскопе с электростатическим подвесом ротор представляет собой полую сферу, наружная поверхность которой имеет высокую проводимость. Ротор помещается между электродами, к которым подводится высокое напряжение, регулируемое специальной следящей системой. Под действием электростатических сил ротор центрируется в пространстве между электродами.
Основные Г. у. По назначению Г. у. подразделяют на следующие группы: 1) Г. у. для определения угловых отклонений объекта. Сюда относятся различные астатические и позиционные гироскопы, а именно: гироскопы направления, определяющие азимутальные отклонения объекта (углы рыскания корабля или летательного аппарата), и гировертикали или гиромаятники, определяющие отклонения объекта относительно плоскости горизонта (углы килевой и бортовой качки корабля, углы тангажа и крена летательного аппарата); 2) Г. у. для определения угловых скоростей и угловых ускорений объекта, в которых используются дифференцирующие гироскопы. К ним относятся гиротахометры и вибрационные гироскопы, определяющие угловые скорости вращения объекта и гиротахоакселерометры, определяющие угловые скорости и угловые ускорения вращения объекта; 3) Г. у. для определения интегралов от входных величин, в которых используются интегрирующие гироскопы: гироскопические интеграторы угловых скоростей, определяющие углы отклонения объекта; интегро-дифференцирующие гироскопы, определяющие углы и угловые скорости вращения объекта, а также гироскопические интеграторы линейных ускорений, которые служат для нахождения линейной скорости объекта; 4) Г. у. для стабилизации объекта или отдельных приборов и устройств, а также для определения угловых отклонений объекта, называют гиростабилизаторами; 5) Г. у. для решения навигационных задач. Сюда относятся: гирокомпасы, определяющие курс объекта и азимут (пеленг) ориентируемого направления; гиромагнитные компасы, определяющие магнитный курс объекта, гирошироты, предназначенные для определения широты места; гирошироткомпасы, с помощью которых определяются курс и широта местоположения объекта; гирогоризонткомпасы, служащие для определения курса объекта и углов отклонения его относительно плоскости горизонта, инерциальные навигационные системы, которые предназначены для нахождения ряда параметров, необходимых для навигации объектов; гироорбитанты, которые служат для определения углов рыскания, искусственного спутника Земли; гирорулевые, обеспечивающие автоматическое управление курсом корабля.
Г. у. применяют в морском флоте, авиации, ракетной и космической технике, народном хозяйстве для решения разнообразных задач навигации и управления подвижными объектами, а также при проведении некоторых специальных работ (маркшейдерских, геодезических, топографических и др. — см. Гиротеодолит).
Лит.: Крылов А. Н., Общая теория гироскопов и некоторых технических их применений. Собр. трудов, т. 8, М. — Л., 1950; Булгаков Б. В., Прикладная теория гироскопов, 2 изд., М., 1955; Николаи Е. Л., Теория гироскопов, Л. — М., 1948; Ишлинский А. Ю., Механика гироскопических систем, М., 1963; Кудревич Б. И., Теория гироскопических приборов, т. 1—2, Л., 1963—65; Меркин Д. Р., Гироскопические системы, М., 1956; Ройтенберг Я. Н., Гироскопы, М., 1966; Граммель Р., Гироскоп, его теория и применения, пер. с нем., т. 1—2, М., 1952; Пельпор Д. С., Гироскопические приборы и автопилоты, М., 1964; Ривкин С. С., Теория гироскопических устройств, ч. 1—2, Л., 1962—64 (библ.).
А. Ю. Ишлинский, С. С. Ривкин.
Гироскопический интегратор
Гироскопи'ческий интегра'тор, гироскопическое устройство, содержащее т. и. интегрирующий гироскоп, который служит для определения интеграла от воздействующей на него величины. Различают Г. и. угловой скорости и Г. и. линейных ускорений.
Г. и. угловой скорости служит для определения угла поворота объекта. Наиболее совершенным является поплавковый Г. и. (рис. 1). Ротор 1 гироскопа установлен в рамке 2, представляющей собой поплавок цилиндрической формы; ось Oy (Oh) вращения поплавка установлена в подшипниках, расположенных в корпусе 4 прибора, имеющего также цилиндрическую форму. Зазор 5 между поплавком и корпусом, а также всё свободное пространство внутри корпуса заполнено жидкостью с большой плотностью. Указанная система образует жидкостный подвес. Подъёмная сила жидкости должна быть равна весу гироузла; при этом подшипники 3 подвеса оказываются практически полностью разгруженными; жидкость в зазоре между цилиндрическими поверхностями поплавка и корпуса прибора обеспечивает демпфирование, момент которого пропорционален угловой скорости вращения поплавка. Применение жидкостного подвеса частично предохраняет ось подвеса (ось вращения поплавка) от воздействия на неё вибраций, ударов и др. В приборе предусмотрено автоматическое регулирование температуры, что необходимо для поддержания постоянства плотности и вязкости жидкости, а также постоянства положения центра тяжести поплавкового гироузла и центра давления жидкости относительно оси вращения гироузла.
При повороте объекта вокруг оси Oz, (входная ось или ось чувствительности) с угловой скоростью wz возникает гироскопический момент Hwz, где Н — кинетический момент гироскопа, вызывающий вращение поплавка (рамки) вокруг оси Oh (выходная ось) с угловой скоростью b (где b — угол поворота поплавка). При этом на поплавок начинает действовать момент демпфирования bb (b — коэффициент демпфирования), уравновешивающий гироскопический момент. Равенство bb=Hwz после интегрирования даёт bb=Ha, что позволяет по углу b поворота поплавка вокруг оси Oh, снимаемого с датчика 6, определять искомый угол поворота a объекта вокруг оси Oz.
Поплавковый Г. и. является прецизионным прибором. Основные достоинства двухстепенных поплавковых Г. и. состоят в высокой точности (собственный уход — десятые и сотые доли градуса в 1 ч); малой подверженности вибрационным, ударным и др. возмущающим воздействиям; возможности использования для решения широкого класса задач, возлагаемых на гироскопические устройства. Поплавковые Г. и. применяются в гироскопах направления, гировертикалях, системах гироскопической стабилизации, используемых на различных летательных аппаратах и кораблях.
Г. и. линейных ускорений служит для определения составляющей линейной скорости центра тяжести объекта вдоль заданного направления. Г. и. представляет собой гироскоп с тремя степенями свободы, центр тяжести которого смещен относительно точки подвеса. Вследствие этого Г. и. чувствителен к поступательным ускорениям объекта, т.к. возникающий при этом момент сил инерции вызывает прецессию гироскопа с угловой скоростью, пропорциональной указанному моменту, т. е. величине ускорения объекта. Тогда угол прецессии будет пропорционален линейной скорости объекта, что позволяет, измерив этот угол, найти искомую скорость.