ما هي الآلات الجيروسكوبية في الطيران

تعتمد الرحلة العادية للآلات الجيروسكوبية جزئيًا على ثلاثة أدوات من أدوات الطيران الرئيسية الستة وهي: تشمل الأدوات أو الآلات الجيروسكوبية مؤشر الموقف (AI) ومؤشر العنوان (HI) ومنسق الدوران، وتستخدم الجيروسكوبات في البوصلات وأنظمة الطيران الآلي (الأوتوماتيكي) وعلى السفن البحرية والطائرات وفي آليات توجيه الطوربيدات وفي أنظمة التوجيه بالقصور الذاتي التي يتم تثبيتها في مركبات الإطلاق الفضائية والصواريخ التكتيكيّة والأقمار الصناعية التي تدور في مسارات دائرية.

ما هي الآلات الجيروسكوبية

تعتبر الجيروسكوبات مكونًا أساسيًا في أي منصة لأدوات الطيران، حيث تستخدم لتحديد الاتجاه والعجلة والانعطاف والملاحة الجوية، وابتكرت الاختراعات التكنولوجية الجيروسكوبات التي تعمل باستخدام مجموعة متنوعة من النظريات، حيث أن كل نوع من أنواع الجيروسكوب هو الأنسب لمواقف معينة بناءً على نوع المعلومات المطلوبة وتأثير زاوية الانحدار للطائرة وهناك ثلاثة أنواع من الجيروسكوبات شائعة في مجال الطيران.

ما هي أنواع الجيروسكوبات

الجيروسكوب الميكانيكي

من المحتمل أننا جميعًا على دراية بهذا النوع، إنه في الأساس قمة دوارة معلقة بواسطة (gimbals)، والصلابة في الفضاء هي مبدأ التشغيل الأساسي للجيروسكوبات الميكانيكية، بحيث تبقى الجيروسكوبات في مكانها والطائرة تدور حولها.

جيروسكوب الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)

تعمل الجيروسكوبات للأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة على أساس قوة كوريوليس، نظرًا لأن رقاقة (MEMS) تخضع للتسارع الزاوي، فإن قوى كوريوليس تنقل إزاحة للوحة الاهتزاز، بحيث تُترجم هذه القوة إلى إشارات كهربائية في النهاية العليا، كما توجد هذه في العديد من الطائرات كنظام مرجع للموقف والعنوان، وفي النهاية المنخفضة في العديد من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية.

جيروسكوب الليزر

تشمل هذه المجموعة الليزر الحلقي (RLG) والجيروسكوب بالألياف البصرية (FOG) في هذه الأجهزة، يتم تصوير الليزر من خلال شكل مثلث (RLG) أو شكل آخر (FOG)، حيث سيؤدي دوران الجهاز إلى تحول طور الموجة الضوئية لليزر ويشير مقدار انزياح الضوء إلى معدل التسارع، كما تم العثور على هذه الجيروسكوبات عالية الدقة والمستقرة في أنظمة الملاحة الجوية بالقصور الذاتي.

الجيروسكوبات الهوائية والكهربائية

تستخدم الأدوات الجيروسكوبية جيروسكوبًا ميكانيكيًا يعمل بالهواء المضغوط (فراغ) أو كهربائيًا، ويتكون الجيروسكوب من قرص دوار يدور بحرية حول محاور محددة اعتمادًا على الجهاز.

وفي الجيروسكوب المدفوع كهربائيًا (مثل منسق الدوران)، يتم تدوير قرص الغزل بواسطة محرك كهربائي وفي نظام التفريغ، تعمل مضخة التفريغ التي يقودها المحرك على تقليل الضغط داخل علبة الأدوات، ويتم بعد ذلك توجيه الهواء المصفى إلى العلبة بسرعة عالية فوق القرص، مما يؤدي إلى تدويره بسرعة عالية.

ما هي صلابة الجيروسكوب في الفضاء

المبدأ الذي يجعل الجيروسكوب مناسبًا للاستخدام في أدوات الطائرات هو صلابة الجيروسكوب في الفضاء، حيث تحدث الصلابة في الفضاء (المعروفة أيضًا باسم القصور الذاتي الجيروسكوبي) بسبب القرص الدوار داخل الجيروسكوب الميكانيكي، الذي سيحافظ فيه قرص الغزل على موقف ثابت طالما لا توجد قوى خارجية تعمل عليه، ويزداد استقرار القرص الدوار مع زيادة الكتلة أو سرعة القرص.

كما يتم تصنيع الأقراص الموجودة داخل الجيروسكوبات الميكانيكية لأدوات الطائرات من مواد شديدة التحمل للسماح للقرص بالدوران بسرعات عالية جدًا، بحيث تدور الجيروسكوبات الموجودة داخل هذه الأدوات بحوالي 10000 دورة في الدقيقة (RPM)، ونظرًا لأن قرص الغزل يحتفظ بموضع ثابت في الفضاء، فيمكن استخدامه لتحديد موقف الطائرة بالنسبة لقرص الدوران، كما تتحرك الطائرة بشكل فعال حول هذا القرص الدوار حيث تتحرك المحاور (الإطارات حول القرص الدوار) بحرية.

بالإضافة إلى الصلابة في الفضاء، يتعرض الجيروسكوب لظاهرة أخرى وهي الحركة الاستباقية، عندما يتم تطبيق قوة على جيروسكوب (أي قرص دوار)، فإن القوة لن تعمل في الموضع الذي يتم فيه تطبيق القوة ولكنها ستدفع 90 درجة في اتجاه دوران القرص الدوار وتعمل من خلاله بمعنى آخر، إذا تم تطبيق قوة على قرص دوار فسوف يميل أو (يدور).

ويحدث السبق في المقام الأول بسبب الاحتكاك داخل الجيروسكوب والقوى التي يتم اختبارها أثناء المناورات مثل التسارع أو التباطؤ في الطائرة، وبسبب هذه البادئة، تعاني الأدوات الجيروسكوبية من (الانحراف)، مما يتسبب في قراءات غير صحيحة، لذلك يجب على الطيارين أن يفحصوا باستمرار الأدوات الجيروسكوبية، ويجب تعديل مؤشراتهم وفقًا لذلك.

ما هي مكونات الجيروسكوب

تتكون معظم أجهزة الجيروسكوب من إطار (frame) وجيمبال (gimbal) ودوار (rotor) ومحور دوران (rotor) والجزء المتحرك عبارة عن قرص يدور بحرية يتم تركيبه على محور دوار في منتصف عجلة أكبر وأكثر ثباتًا.

ملاحظة: “AI” اختصار لـ”Attitude indicator”.

ملاحظة: “HI” اختصار لـ”Heading Index”.

ملاحظة: “MEMS” اختصار لـ”Micro-Electro-Mechanical Systems gyros”.

ملاحظة: “RLG” اختصار لـ”Ring laser group”.

ملاحظة: “FOG” اختصار لـ”fiber optic gyroscope”.