سردرگمی در مورد چرخش اویلر و قفل گیمبال
ارسال شده: شنبه ۱۴۰۱/۷/۲۳ - ۰۷:۳۲
من درک مسئله قفل گیمبال را مشکل دارم، یعنی اینکه چرا نمودارهای زیادی نشان میدهند که هواپیما در قفل گیمبال ظاهری قادر به چرخش در اطراف یک محور به طور معمول با استفاده از انحراف/پیچ/رول نیست. به عنوان مثال، در زیر چند نمودار وجود دارد که صحنه رایج قفل گیمبال را نشان می دهد.
در مورد اول، اجازه دهید آن را فریم A بنامیم و از موقعیتی شروع می کنیم که زوایای اویلر همه 0 هستند و هواپیما در سطح پرواز است:
به تصویر کشیده شده اند قلاب هایی که با محور مربوطه خود در قاب بدنه با رنگ زرد مشخص شده اند. اکنون، در تصویر دوم، ما 90 درجه بالا رفتهایم، و در آن چیزی هستیم که تمام منابعی که من پیدا کردم، قفل گیمبال نامیده میشود:
اگر به گرافیک دوم، به نام فریم B، توجه کنید، فریم بدنه دنبال میشود و میتوانیم فریم میانی را بعد از گام ببینیم. با این حال، y-gimble و z-gimble اکنون در یک راستا قرار دارند، و تنظیم انحراف به همان پاسخی مانند تنظیم رول منجر می شود:
اما این جایی است که برای من معنی ندارد. اگر به کادر B رجوع کنیم و به کادر بدن خود نگاه کنیم، رنگ زرد، نشان میدهد که یک رول همان کاری را که در دو تصویر بالا میبینیم انجام میدهد، زیرا محور x یا محور رول از طریق بینی امتداد مییابد، اما z محور، یا محور انحراف، عمود است. بنابراین، هواپیما باید بتواند به طور مناسب انحراف داشته باشد (سطوح کنترل سکان و رانش را بدهد).
پس چرا در اینجا طوری به تصویر کشیده شده است که گویی قاب بدنه بعد از قاب A اینگونه است:
با این محور که منطقی است، اما این نیست که من چگونه مکانیک هواپیما را درک کنم.
رهام حسامی
مهندسی هوافضا ترم هفتم درس طراحی هواپیما
بنابراین، هواپیما باید بتواند به طور مناسب انحراف داشته باشد (سطوح کنترل سکان و رانش را بدهد).
عبارت فوق برای هواپیمایی که آزادانه در هوا پرواز می کند صحیح است. در واقع، برای چنین هواپیمایی هیچ قفل گیمبال وجود ندارد زیرا مکانیزم گیمبال وجود ندارد.
برای یک هواپیمای اسباببازی که روی سه گیمبال ثابت است، حرکت انحراف با پیکربندی نشاندادهشده در تصویر دوم امکانپذیر نیست، زیرا دو محور گیمبال با محور رول هواپیمای اسباببازی و سومی با محور زمین هواپیمای اسباببازی تراز شده است. هیچ محور / مفصل گیمبال وجود ندارد که با انحراف هواپیمای اسباببازی (یا حتی داشتن یک جزء در امتداد انحراف) تراز باشد.
قفل گیمبال معمولاً در دو زمینه مورد اشاره قرار می گیرد:
مکانیزم واقعی، فیزیکی و گیمبال. به عنوان مثال، یک ابزار ژیروسکوپ معلق در مکانیزم گیمبال سه محوره. یا یک هواپیمای اسباب بازی که در مکانیزم گیمبال نصب شده است.
در مورد اول، اجازه دهید آن را فریم A بنامیم و از موقعیتی شروع می کنیم که زوایای اویلر همه 0 هستند و هواپیما در سطح پرواز است:
به تصویر کشیده شده اند قلاب هایی که با محور مربوطه خود در قاب بدنه با رنگ زرد مشخص شده اند. اکنون، در تصویر دوم، ما 90 درجه بالا رفتهایم، و در آن چیزی هستیم که تمام منابعی که من پیدا کردم، قفل گیمبال نامیده میشود:
اگر به گرافیک دوم، به نام فریم B، توجه کنید، فریم بدنه دنبال میشود و میتوانیم فریم میانی را بعد از گام ببینیم. با این حال، y-gimble و z-gimble اکنون در یک راستا قرار دارند، و تنظیم انحراف به همان پاسخی مانند تنظیم رول منجر می شود:
اما این جایی است که برای من معنی ندارد. اگر به کادر B رجوع کنیم و به کادر بدن خود نگاه کنیم، رنگ زرد، نشان میدهد که یک رول همان کاری را که در دو تصویر بالا میبینیم انجام میدهد، زیرا محور x یا محور رول از طریق بینی امتداد مییابد، اما z محور، یا محور انحراف، عمود است. بنابراین، هواپیما باید بتواند به طور مناسب انحراف داشته باشد (سطوح کنترل سکان و رانش را بدهد).
پس چرا در اینجا طوری به تصویر کشیده شده است که گویی قاب بدنه بعد از قاب A اینگونه است:
با این محور که منطقی است، اما این نیست که من چگونه مکانیک هواپیما را درک کنم.
رهام حسامی
مهندسی هوافضا ترم هفتم درس طراحی هواپیما
بنابراین، هواپیما باید بتواند به طور مناسب انحراف داشته باشد (سطوح کنترل سکان و رانش را بدهد).
عبارت فوق برای هواپیمایی که آزادانه در هوا پرواز می کند صحیح است. در واقع، برای چنین هواپیمایی هیچ قفل گیمبال وجود ندارد زیرا مکانیزم گیمبال وجود ندارد.
برای یک هواپیمای اسباببازی که روی سه گیمبال ثابت است، حرکت انحراف با پیکربندی نشاندادهشده در تصویر دوم امکانپذیر نیست، زیرا دو محور گیمبال با محور رول هواپیمای اسباببازی و سومی با محور زمین هواپیمای اسباببازی تراز شده است. هیچ محور / مفصل گیمبال وجود ندارد که با انحراف هواپیمای اسباببازی (یا حتی داشتن یک جزء در امتداد انحراف) تراز باشد.
قفل گیمبال معمولاً در دو زمینه مورد اشاره قرار می گیرد:
مکانیزم واقعی، فیزیکی و گیمبال. به عنوان مثال، یک ابزار ژیروسکوپ معلق در مکانیزم گیمبال سه محوره. یا یک هواپیمای اسباب بازی که در مکانیزم گیمبال نصب شده است.