Волчок и применение его свойств - страница 13

Примерно в 1910–1911 гг. известный энтузиаст воздухоплавания и авиации бразилец Сантос Дюмон и летчик Кертис для облегчения управления полетом прикрепляли на спине к пиджаку хомутик, который имел связь с рычагом управления самолетом. Когда самолет кренился, пилот инстинктивно, стремясь сохранить вертикальное положение, наклонялся в сторону, противоположную крепу. Прикрепленный к спине рычаг управления перемещался так, что самолет выравнивался.

В то время подобную «автоматику» еще можно было применять. Самолет летал со скоростью около восьмидесяти километров в час. В 1910 г. мировой рекорд скорости полета составлял сто девять километров в час.

На современных самолетах, летающих со скоростями звука, использование маятниковых автопилотов невозможно. Поэтому маятниковые автопилоты заменили в настоящее время гироскопическими. Изобретателем такого автопилота считают американца Сперри. Но мы знаем, что создателем первой принципиальной схемы автопилота является все же К. Э. Циолковский.

Современный автопилот самолета состоит из трех самостоятельных механизмов: автомата курса, автомата поперечной устойчивости и автомата продольной стабилизации. В каждом из них управляет движением отдельно установленный гироскоп.

Роторы таких гироскопов, свободно умещающихся на ладони, весом около четырехсот граммов, вращаются со скоростью двенадцати тысяч оборотов в минуту. Их задача — только подать команду мощным механизмам. А они уже выполняют необходимую тяжелую, сложную и ответственную работу по управлению самолетом.

Кратко познакомимся теперь еще с одним свойством гироскопа — способностью устанавливаться по полуденной линии (линии меридиана).

Уже много тысяч лет тому назад в древнем Китае знали замечательные свойства магнитной стрелки. Рассказывают, что в 2364 г. до современного летосчисления китайский император Хуанг Ти сумел победить своего соперника Чжи Су, преследуя его в облаках пыли и тумана, руководствуясь указаниями компаса, установленного на каретах в виде художественно исполненной фигуры.

В России рыбаки и землепроходцы издавна пользовались компасом. Давно на Руси знали этот замечательный, незаменимый в тяжелых и опасных путешествиях прибор, уважительно называли его «маткой».

Много столетий и даже тысячелетий магнитный компас действовал «верой и правдой», безотказно, с отменной точностью. Но в современных условиях он оказывается все более непригодным или неточно действующим прибором. На металлических судах, например, магнитный компас не особенно надежен. Большие стальные корпуса и отдельные детали судна, работа электромашин и даже перемещение небольшой металлической массы оказывают вредное влияние, искажая показания компаса.

Болтанка, рысканье, продольные и поперечные крены самолета вызывают резкое снижение точности действия компаса. А именно в это время, как никогда, нужна исключительная точность его показаний.

Мысль о замене магнитного компаса другим, более надежным прибором возникала неоднократно у многих и очень давно.

Л. Фуко уже в 1852 г. теоретически показал возможность создания гироскопа, определяющего направление полуденной линии, линии север — юг, в любой точке Земли, т. е. гирокомпаса.

Чем объясняется такое, казалось бы, странное поведение гироскопа?

Мы уже говорили о том, что земной шар — это гигантский волчок. По правилу же, установленному Л. Фуко, ось гироскопа с двумя степенями свободы на вращающемся основании всегда устанавливается параллельно оси вращения этого основания. При этом направление вращения ротора совпадает с направлением вращения основания.

Значит, находясь с таким гироскопом на экваторе, мы заметим, что ось его установится по линии север — юг, то есть параллельно земной оси, причем направления вращения ротора и Земли совпадают.

В другом месте земного шара, не на экваторе, ось ротора нашего гироскопа будет отклоняться, направляясь одним концом на Полярную звезду. Чем ближе к полюсу, тем выше поднимается ось гироскопа, а непосредственно на полюсе ось его занимает вертикальное положение, что неудобно. Это неудобство вскоре было ликвидировано путем помещения гироскопа в подшипниках, прикрепленных горизонтально к поплавку, находящемуся, например, в сосуде с водой. Этим достигли того, что гироскоп неизменно устанавливался по линии север — юг (рис. 32), т. е. гироскоп использовался как гирокомпас.