陀螺儀

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迴轉儀

陀螺儀，是一種用來感測與維持方向的裝置，基於角动量不滅的理論設計出來的。陀螺儀主要是由一個位於軸心可以旋轉的輪子構成。陀螺儀一旦開始旋轉，由於輪子的角动量，陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。陀螺儀多用於導航、定位等系統。

歷史

1850年法國的物理學家福柯（J.Foucault）為了研究地球自轉，首先發現高速轉動中的轉子（rotor），由於慣性作用它的旋轉軸永遠指向一固定方向，他用希臘字 gyro（旋轉）和skopein（看）兩字合為gyro scopei 一字來命名這種儀錶。

結構

陀螺儀的裝置，一直是航空和航海上航行姿態及速率等最方便實用的參考儀錶。

基本上陀螺儀是一種機械裝置，其主要部分是一個對旋轉軸以極高角速度旋轉的轉子，轉子裝在一支架內（見圖一a）；在通過轉子中心軸XX1上加一內環架，那麼陀螺儀就可環繞飛機兩軸作自由運動；然後，在內環架外加上一外環架；這個陀螺儀有兩個平衡環，可以環繞飛機三軸作自由運動，就是一個完整的太空陀螺儀(space gyro)。

特性

陀螺儀的特性

陀螺儀被用在飛機飛行儀錶的心臟地位，是由於它的兩個基本特性：一為定軸性（inertia or rigidity），另一是逆動性（precession），這兩種特性都是建立在角動量守恆的原則下。

定軸性

當陀螺轉子以極高速度旋轉時，就產生了慣性，這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間，指向一個固定的方向，同時反抗任何改變轉子軸向的力量，這種物理現象稱為陀螺儀的定軸性或慣性。其慣性隨以下的物理量而改變：

轉子質量愈大，慣性愈大
轉子旋轉半徑愈大，慣性愈大
轉子旋轉速度愈大，慣性愈大。

逆動性

在運轉中的陀螺儀，如果外界施一作用或力矩在轉子旋轉軸上，則旋轉軸並不沿施力方向運動，而是順著轉子旋轉向前90度垂直施力方向運動，此現象即是逆動性。

逆動性的大小也有三個影響的因素：

外界作用力愈大，其逆動性也愈大；
轉子的转动惯量（moment of inertia）愈大，逆動性愈小；
轉子的角速度愈大，逆動性愈小。

而逆動方向可根據逆動性原理取決於施力方向及轉子旋轉方向。

參考資料

李春霖譯飛行概要圖解徐氏基金會 12～15頁
W. J. Hesse, N. V. S. Mumford, Jr., Jet Propulsion for Application 大學圖書出版社 6～7頁　民國七十一年三月
E. H. J. Pallett, V. Brown, Aircraft Instruments Principles and Applications 滄海書局第五章
J. Roskan, Airplane Flight Dynamics ＆Automatic Flight Controls, Part Ⅰ 滄海書局 25～28頁