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Kreiselinstrument
Aus Fotonexus.
Ein Kreiselinstrument oder Gyroskop ist ein Kreisel, der sich in einem beweglichen Lager dreht. Das Lager kann eine Kardanische Aufhängung sein, oder ein Käfig (siehe Abbildung). Aufgrund der Drehimpulserhaltung behält der Kreisel seine Orientierung im Raum bei. Wird die Drehbewegung zwischen Kreisel und Käfig gemessen und als Regelgröße herangezogen, spricht man von einem Gyrometer. Gyroskope werden auch zur aktiven Lageregelung eingesetzt.
Technische Anwendungen
Weit verbreitet sind Kreiselinstrumente in der Verkehrstechnik zur Orientierung und Navigation.
In PKW messen Gyrometer Richtungsänderungen. Zusammen mit der Messung der zurückgelegten Strecke ist eine recht genaue Positionsbestimmung möglich (Koppelnavigation).
In Flugzeugen dient ein Kreiselinstrument als künstlicher Horizont. Diese Instrumente zeigen eine Linie, die vor dem Start horizontal ausgerichtet wird. Während des Fluges hält das Kreiselinstrument diese Linie in der Horizontalen, selbst wenn das Flugzeug nach vorn, nach hinten oder zur Seite geneigt ist. Damit kann der Pilot die räumliche Lage seines Flugzeugs bestimmen, auch wenn Dunkelheit, schlechte Witterung oder flugbahnbedingte Fliehkräfte eine unmittelbare Orientierung erschweren.
In Torpedos oder unbemannten Fluggeräten, wie z.B. ballistischen Raketen, wird kein künstlicher Horizont benötigt. Stattdessen wird das Kreiselinstrument an die Steuerung angeschlossen, so erstmals bei der A4. Die Kreiselsteuerung dient dazu, Einflüsse von Wind oder Antrieb zu kompensieren, um die programmierte Flugbahn einzuhalten. Sie ist meist Teil eines inertialen Navigationssystems (INS).
Bei Modellflugzeugen und -hubschraubern werden Gyroskope eingesetzt, um eine oder mehrere Achsen gegen Wind oder gegen Nebeneffekte der Steuerung zu stabilisieren, wenn diese andernfalls nur schwer steuerbar sind. So ist es möglich, den Drehmomentausgleich (via Heckrotor) -- eigentlich die fliegerische Hauptherausforderung beim Hubschrauberflug -- komplett dem "Autopiloten" anzuvertrauen. Dabei kommen mechanische Kreisel ebenso wie Piezo-Sensoren zur Anwendung; in beiden Fällen werden die Steuerkorrekturen über integrierte Mikrocontroller direkt im Flugmodell errechnet.
In der Raumfahrt dienen Kreisel zur Lageregelung, siehe , siehe Trägheitsrad und Reaktionsrad. Das präziseste und technisch anspruchvollste Kreiselinstrument wurde für den im April 2004 gestarteten Gravity Probe Satelliten konstruiert, dessen erste Ergebnisse im April 2007 bekannt wurden.
Heute werden für die Flugnavigation Laserkreisel verwendet. Sie teilen zwar den Namen, funktionieren aber völlig anders als ein mechanischer Kreisel.
Ebenfalls zum Einsatz kommen Gyroskope in kreiselstabilisierten Ferngläsern, bei denen das Kreiselinstrument eine Beobachtung auch von Schnellbooten oder aus Helikoptern bzw. Kraftfahrzeugen heraus ermöglicht.
Weblink
- Echolog: Gyrocars - zweirädrige Autos
- Designstudie der Firma Bombardier für ein einrädriges Motorrad (1 MB Flash-Animation)
- Bericht der Stanford University über das Instrument für Gravity Probe
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