Cayroskop

Cayroskop


Cayroskop,gemiler, uçaklar, güdümlü silahlar ve uzay araçlarında yön belirleyici ve denetleyici olarak kullanılan bir aygıttır Bir eksen çevresinde hızla dönebilen ağır bir teker ile bu tekeri taşıyan, iç içe geçmiş çemberlerden oluşur Askı ya da dengeleme çemberi adı verilen bu çemberler, tekerin dönme ekseninin kolayca değişebilmesine olanak verecek biçimde birbirine takılmıştır

Şekilde görüldüğü gibi, cayroskopun tekeri yatay askı çemberine bağlı olan XX ekseni üzerinde döner Yatay askı çemberi, YY mili ile düşeyaskı çemberine bağlıdır ve bu mil çevresinde dönebilir Düşey askı çemberi de çevresinde dönebileceği ZZ mili üzerine yerleştirilmiştir Böylece, her yöne dönebilecek biçimde bir araya getirilmiş olan çemberlerin ortasındaki teker dönüş doğrultusunu kolayca değiştirebilir

Teker dönerken, cayroskop altındaki saptan tutularak kaldırılıp bir yöne eğilirse ya da sağa sola çevrilirse tekerin dönme ekseninin doğrultusunun değişmediği görülür Ekseni üzerinde hızla dönen bütün cisimlerde dönme ekseninin doğrultusu değişmemek eğilimindedir Örneğin, bir madeni para ya da bir topaç hızla dönerken yana devrilmez

Dünya'nın kendisi de kutuplarından geçtiği düşünülen bir eksen çevresinde hızla döner Bu eksenin Kuzey Kutbu'ndaki ucu her zaman Kutup Yıldızı'na yöneliktir Sir Isaac Newton'un birinci hareket yasası eksen doğrultusunun değişmeme nedenini açıklar {bak Kuwet ve Hareket) Bu yasaya göre, hareket eden bir cisim dıştan gelen bir etki olmadığı sürece yapmakta olduğu hareketi sürdürür

Cayroskopun çok ilginç ikinci bir özelliği vardır Cayroskopun tekeri dönerken, XX ekseninin sol ucunu aşağı doğru itecek biçimde, yatay askı çemberine (şekilde okla gösterilen yönde) parmakla bastırılırsa, bütün sistem ZZ mili üzerinde P oku yönünde döner ve ekseni aşağı doğru iten baskı sürdükçe bu dönüş de sürer Öte yandan, eğer düşey askı çemberi P oku yönünde döndürülürse, yatay askı çemberi XX ekseninin sağ ucu yukarı doğru kalkacak biçimde hareket eder Cayroskopun yalpalama adı verilen bu özelliğini günlük yaşamda, örneğin bisiklete binerken görebiliriz Bisikletin tekerleğini cayroskopun tekeri gibi düşünürsek, bisikletin dengesini sağlamak için yalpalama

özelliğinden yararlanıldığı görülür Bisikletin sağa doğru yattığını gören binici devrilmemek için gidonu, tekerleği sağa çevirecek biçimde döndürür O zaman bisikletin kadrosu yalpalama özelliği nedeniyle sola doğru yatar ve daha önce sağa yatarak dengesi bozulmuş olan bisiklet dengeye gelir Bu olay ancak tekerlek dönerken yani bisiklet hareket halindeyken gerçekleşir
Cayroskop ilkelerinden, başta yön belirlemek olmak üzere, çeşitli alanlarda yararlanılmıştır

Cayroskop,jIROSKOP olarak da bilinirbir eksen çevresinde hızla dönen bir teker ile bu tekerin yerleştirildiği ve dönme ekseninin doğrultusunun kolaylıkla değişmesine olanak sağlayan bir çerçeveden oluşan aygıtların ortak adıBu tür tekerlerin nomentumu,çerçevenin eğilmesi durumunda bile,tekerin dönme ekseni doğrultusunun aynı kalmasını sağlarbu özellikten ,birçok önemli uygulama alanında yararlanılırCayroskoplar ,gemi ve uçaklardaki pusula ve otopilot gibi çeşitli aygıtlarda torpillerin dümen mekanizmalarında ,büyük gemilerdeki yalpa giderici donanımlarda ve eylemsizlikle güdüm sistemlerinde kullanılır

Cayroskopu geliştiren ve ona adını veren,19yüzyıl Fransız bilim adamlarından J,- B,-LFoucault olmuşturFoucault'un cayroskopu,kardan askı biçimindeki dengeleme çemberlerine yerleştirilmiş bir tekerden ya da rotordan oluşuyordu





Dengeleme çemberleri ,rotorun dönme ekseninin her doğrultuda rahatça değişmesini olanaklı kılıyordu1850'lerde bu türden bir rotorla çeşitli deneyler gerçekleştiren Foucault,teker dönmeye başladığında uzaydaki ilk yönelimini Yer'in dönme etkisinden bağımsız bir biçimde koruduğunu,başka bir deyişle cayroskopun ekseninin Yer'in eksenine göre değişmez bir konumda kaldığını gösterdi

Cayroskopun bu yönelimini koruma özelliği,ondan gösterge olarak yararlanılması düşüncesinin ortaya atılmasına yol açtıAma ilk işe yarar cayropusula ancak 1910'da,bir Alman savaş gemisinde uygulanmaya kondu1911'de ise ABD'de Elmer ASperry,cayropusula üretimine geçti ve kısa bir süre sonra da İngiltere'de denzer çalışmalar başlatıldı

1909'da Sperry,cayroskopun doğrultu koruma özelliğinden uçakları rotalarında sabit tutma amacıyla yararlanarak ilk otopilot düzeneğini geliştirdiGemilerde kullanılan ilk otopilot ise 1916'da Almanya'daki Kiel'de Anschütz şirketi tarafından üretildi ve bir Danimarka gemisine takıldı1916'da ayrıca,uçaklar için yapay ufuk oluşturmakta üç askılı bir cayroskoptan yararlanıldıBu aygıt,pilota,uçağın öne arkaya ya da sağa sola ne kadar yattığını gösteriyor,özellikle de gözle görülür bir ufut hattının bulunmadığı durumlarda yararlı oluyordu

1915'te Sperry Corporation,iki askılı bir cayroskoptan yararlanarak gemilerin yalpalamasını azaltan,böylece yükün zarar görmesini engelleyen ,tekne gövdesi üzerindeki gerilimleri azaltan ve yolcuların rahat etmesini sağlayan bir cayrostat geliştirdiBu türden bir cayrostatın yalpalamayı azaltıcı etkisi oldukça güçlüydü ve geminin hızından bağımsızdıNe var ki,çeşitli olumsuzlukları da vardıörneğin,çok ağırdı,üretim maliyeti yüksektive çok büyüktü1925'te Japon gemi yapımcılarının sualtı kanadı türünden yalpa giderciler geliştirmeleriyle de,cayrostatlar artık gemilere takılmaz oldu




Daha sonraları balistik füzelerde,otomatik yönlendirme düzeneklerinde üç askılı,öne arkaya ,ya da sağa sola eğilme hareketlerinin denetim altına alınmasında da iki askılı cayroskoplardan yararlanıldı1930'larda Alman mühendisler bu alanda çok önemli ilerlemeler sağladılar ve bu bilgilerini,pilotsuz bir uçak türündeki "V-1" füzesi (uçan bomba) ile ilk balistik füze örneği olan "V-2" roketinin güdüm sistemlerinin tasarımlarında uygulamaya koydular

İkinci Dünya Savaşı sırasında cayroskopların son derece duyarlı yön belirleme özelliği,gelişkin kumanda mekanizmalarıyla birleştirilerek ,uçaklarda kullanılan ağır silah ve bombardıman donanımları için dengeli nişan aygıtları,gemiler içinde silah ve radar anteni platformları geliştirildi

Kaynak AnaBritannica cilt 7 frmsinsinet için derlenmiştir

IIDünya Savaşı sırasında cayroskopların son derece duyarlı yön belirleme özelliği,gelişkin kumanda mekanizmalarıyla birleştirilerek,uçaklarda kullanılan ağır silah ve bombardıman donanımları için dengeli nişan aygıtları ,gemiler içinde silah ve radar anteni platformları geliştirildi

Bugün uzay araçları gibi çeşitli araçlarda kullanılan modern eylemsizlikle seyir sistemleri için,cayroskoplarca son derece duyarlı biçimde dengeleşmiş küçük platformlara gereksinim vardır1950'lerde ,hava destekli yatakların ve yüzme cayroskoplarının geliştirilmesiyle ,bu türdenr platformların yapımı olanaklı duruma geldi

Rotoru dönmekte olan üç askılı bir cayroskop çerçevesinin dibinden tutalarak ele alındığında ,üç eksenden hangisi çevresinde döndürülürse döndürülsün ,rotorun mili uzaydaki ilk doğrultusunu korurBu özelliğe cayroskop eylemsizliği denirTekerin dönme hızı azalırsa ,cayroskop eylemsizliği giderek yok olurRotor mili yalpalamaya başlar ve sonunda en uygun konumu alırRotorun hızı ve tekerin kütle yoğunluğu merkezden çevreye doğru arttıkça,cayroskop eylemsizliği de güçlenirBu nedenle cayroskop eylemsizliği,açısal hıza ve rotorun eylemsizliğinin momentumuna ( açısal momentum) bağlıdırRotor teker,belirli bir eksen çevresinde serbestçe dönmekte olan bir cismin uzaydaki doğrultusunun sabit kalacağı biçimindeki eylemsizlik ve dönme hareketi yasalarının etkisi altındadırBöylece açısal momentumunu ( dönme hareketini) koruma eğilimi gösterir

Cayroskop eylemsizliğinin sonucunda ,Yer'deki bir gözlemci,cayroskopun dönme ekseninin belirli bir zaman süresi içinde görünürde değiştiğini izlerama bu hareket yalnızca Yer'in kendi çevresinde dönmesinden kaynaklanırBu olayın dışında kalan tek durum,cayroskopun dönme ekseninin Kutup Yıldızı doğrultusunda olması halinde,gözlemcinin çevresine göre herhangi bir hareketinin görülmemesidirbunun nedeni,dönme ekseninin Yer'in ekseniyle paralel konumda ve gök kutupları doğrultusunda olmasıdır1konumda dönme ekseni yatay düzleme paraleldirve eksenin A ucu kuzeyi göstermektedirYer'in dönme doğrultusu ,Kuzey Kutbu'nun üstünden bakıldığında,saat ibresinin dönme doğrultusunun tersine olduğundan,A ucunun görece doğrultusu kuzeydoğu,doğu,güneydoğu,güney (5konum)vbdoğrultularına yönelik olarak görünürde değişecektirEksen doğrultusunun saat ibresinin dönme doğrultusundaki bu hareketi sürecek ve Yer 'in kendi çevresindeki bir tam dönüşü tamalandığında ( 23 saat 56 dakika sonra) rotor ve dönme ekseni,Yer'deki gözlemciye göre olan ilk konumunu alacaktırBu süreç içinde,A ucu önde 1ve 5konumlar arasında görünürde yukarı doğru eğilir,ardından 5ve 1konumlar arasında yine görünürde aşağı doğru eğilirDönme ekseninin açıklığında ( doğrultusunda)ortaya çıkan değişikliğe çoğunlukla "kayma" denirkimi zaman "eğilme" ve "kayma " birlikte "görünürde oynama" olarak adlandırılır

Üç çemberli bir cayroskopun rotoru dönerken ,yatay kardan halkaya A ya da A noktalarından aşağı ya da yukarı doğru hafif bir düşey basınç uygulanırsa ,rotor mili,yatay bir düzlemde dik açılar yapacak biçimde hareket ederAma düşey düzlemde hiçbir hareket oluşmazAynı biçimde ayın noktadan bir yanal basınç uygulanırsa,rotor mili,yukarı ya da aşağıya doğru eğilirBu ikinci özelliğe "yalpalama" ( presesyon) denirYalpalama ya da yatay düzlemde açısal hız,bir kuvvet çiftinin,yani,rotor tekerinin düzlemine dik bir düzlemde yer alan eşit ve zıt paralel kuvvetlerin etkisiyle oluşurYalpalama,rotor ekseninin,üzerine uygulanan herhangi bir dik kuvvete karşı dik açılarda hareket eğilimidir




Kaynak AnaBritannica cilt 7 frmsinsinet için derlenmiştir

ÜÇ ASKILI CAYROSKOPLAR

Üç Askılı Cayroskoplar,Herhangi bir doğrultudaki hareketi kısıtlanmamış "serbest" bir üç askılı cayroskopun uygulama alanı oldukça sınırlıdırçünkü dönme ekseni,Yer'in dönme etkisiyle eğilmeye ve sürüklenmeye çok açıktırAma denetimli koşullar altında yaygın biçimde kullanılırBri cayroskopun denetlenmesinden kastedilen ,dönme ekseninin,sürekli ya da belirli aralıklarla küçük moment (buru) yugulamalarıyla yalpalatılması ve böylece uzaya göre değil de Yer üzerindeki belirli koordinatlara göre belirlenmiş bir nokta çevresinde salınmasının sağlanmasıdır

Denetimli cayroskopların sürekli olarak kuzeyi gösteren türünden deniz cayroposulalarında yararlanılırBu aygıtların normal konumlarında,dönme ekseni yatay ve meridyen düzlemi üzerinde tutulurUçaklarda kullanılan bir denetimli cayroskop türü olan yönlendirici cayroskoplarda ise,dönme ekseni yatay konumda olmakla birlikte,otomatik olarak meridyen düzlemini aramazÖte yandan,dönme ekseni düşey doğrultuda olan denetimle cayroskoplar uçağın öne arkaya ya da sağa sola yatışını belirler ve yatma açılarını ölçer

Bu türden üç askılı cayroskoplar genellekle yer değiştirme cayroskopları olarak tanımlanırçünkü bunlar,yerleştirildikleri çerçeve ile sabit bir başvuru doğrultusu ( rotor ekseni ) arasındaki açısal açıklığın büyüklüğünü ölçerler




Kaynak AnaBritannica cilt 7 frmsinsinet için derlenmiştir

İKİ ASKILI CAYROSKOPLAR

Şekilde görüldüğü gibi iki askılı bir cayroskopla gerçekleştirilen aşağıdaki benzetimli ( simülasyon ) deneyler ,birçok önemli uygulamanın temelini oluşturur

Rotor döner durumdayken ve dönme ekseni yatay düzlem üzerindeyken,cayroskop çerçevesi tabanından yatay düzlemde çevrilirse,cayroskop eylemsizliğinden kaynanlanan belirli bir direncin oluştuğu duyumsanırAynı zamanda dönme ekseni düşey düzlemde yalpalamaya başlar ve bu yalpalama dönme ekseni düşey konuma gelene ve tüm cayroskop eylemsizliği yok olana kadar sürerAynı deney bir kez daha yinelenirse,ama bu kez çerçeve tabanı yatay düzlemde döndürülürken bir yanda da rotor milinin kardan halkaya bağlandığı uç bölümüne kuvvet uygulanarak dönme ekseninin yalpalama hareketi durdurulursa elin döndürme hareketine karşı cayroskop eylemsizliğinden kaynaklanan direnç ortadan kalkarAslında,yalpalama süreci tersine çevrilmiş olurDaha sonra rotor milinin ucuna uygulanan bir düşey kuvvet,çerçeve tabanının da elin döndürme hareketiyle aynı hızda ve aynı doğrultuda yalpalamasına yol açan bir moment yaratırTaban ne kadar hızlı döndürülürse,yalpalamayı durdurmak için mile uygulanması gereken kuvvet de o kadar büyük olurBu deneyden iki önemli sonuç çıkarılabilir

1- Tabanının dönme hareketine karşı direnç ,ancak ve ancak dönme ekseninin yalpalaması durumunda oluşur

2- Yalpalamayı durdurmak için gereken kuvvet,tabanın dönme hızıyla doğru orantılıdırBu kuvvet bir yay düzeniyle uygulanabilir ve böylece cayroskopun ,açıklığın ( kuzey ya da güney kutup doğrultusundan açısal uzaklık)değişim hızını,ölçmesi sağlanırBu tür cayrometrelerden uçaklarda ve gemilerde "dönme hızı göstergesi" olarak yararlanılır
Cayroskopun dönme ekseni,başkıç hattına dik açı yapacak biçimde yerleştirilir ve yatma hızı bu hatta göre ölçülür

Bu tür cayroskoplara "yer" değiştirme cayroskoplarından ayırt edilmeleri amacıyla hız cayroskopları denirBir hız cayroskopunun,gerçekleştireceği ölçüme temel aldığı duyarlı ya da girdi ekseni ,dönme eksenine diktirbuna karşılık bir yer değiştirme cayroskopunda dönme ekseni,duyarlı ya da girdi ekseniyle aynı doğrultudadırBu nedenle,bir kuzey hız cayroskopu ile bir kuzey yerdeğiştirme cayroskopu ile bir kuzey yerdeğiştirme cayroskopu bir arada kullanıldığında ,bunların dönme eksenleri birbirine dik açı yapacak biçimde yerleştirilir

GEMİLER İÇİN DENGELEYİCİ

Gemilerde yalpalamayı giderici temel düzenekler,sualtı kanatçıkları ile cayroskoplardırGemi gövdesinden dışarı doğru uzanan kanatçıklar,geminin ileri hareketiyle ters yönlere yatacak biçimde düzenlenmiştirBu nedenle ,doğru biçimde çalıştırıldıklarında,bu kanatçıklar geminin sağa sola yatmasını engelleyerek yalpalamayı giderirlerCayroskoplar,düşey açısal uzanımı ve yalpalama hızını belirleyerek,kanatçıkların buna göre çalışmasını sağlar


Kaynak AnaBritannica cilt 7 frmsinsinet için derlenmiştir

EYLEMSİZLİKLE SEYİR SİSTEMLERİ

Eylemsizlikle seyir sistemleri,Ne konum,ne de hız,herhangi bir eylemsizlik sistemi tarafından doğrudan belirlenebilirAma ivme ( hız değişimi) ,bir ivmeölçer tarafından ölçülebilir ve bundan gemi,uçak ya da uzay araçlarının konumunun belirlenmesinde yararlanılabilirSeyir sistemleri ,platform,cayroskop çerçevesi ve bilgisayar olmak üzere başlıca üç bölümden oluşur

İvmeölçerler,girdi eksenleri birbirlerininkine dik açı yapacak biçimde bir platformun üzerine yerleştirilirYer seyrinde iki ivme ölçer,yatay düzlemdeki ivmeyi ölçerUzay seyrinde ise bu düzeneğe ,düzey düzlemdeki ivmeyi ölçen bir ivme ölçer daha eklenirHer ivme sinyali ,belirli bir işlemle kat edilen uzaklığa dönüştürülebilirBunun için önce,hızdaki toplam değişime bilinen ilk hız eklenerek aracın hızı bulunurardından konumdaki toplam değişime bilinen ilk konum eklenerek aracın o andaki konumu elde edilir

Cayroskop çerçevesinin görevi,paltformu dengede tutmaktırÇerçeveye üç cayroskop,girdi eksenleri birbirlerininkine dik gelecek biçimde yerleştirilirCayroskoplardan ikisi,platformun yatay dengede kalmasını sağlar( bu,yerçekiminden kaynaklanan ivmelerin etkisini yok etmede gereklidir)üçüncü cayroskop ise kuzey-güney doğrultusunu korurAracın her üç boyuttaki yalpalamaları üç cayroskopun girdi eksenlerinin yardımıyle belirlenirHer cayroskopun belirlediği sapma bir sinyal gerilimine dönüştürülür ve bu gerilim yükseltilerek bir servomotoru çalıştırması sağlanırServomotor ise,bir dişli düzeneği aracılığıyla çerçeveyi ilk konumuna döndürür

Yer'in dönme hareketinden kaynaklanan eğilme ve kaymalar da cayroskop çerçevesi tarafından belirlenirPlatformun yatay konumda ve kuzey-güney doğrultusunda dengede tutmasi için eğilme sonucu ortaya çıkan yalpalamaları gideren sağsol ve ön-arka servomotorları ile kayma sonucu ortaya çıkan yalpalamaları gideren açıklık servomotorlarına moment sinyallerinin uygulanması gerekir

Hız cayroskopları,yay kumandalı değildirBuna karşılık,yalpalamanın ağdalı bir sıvının etkisiyle giderildiği "yüzer" cayroskoplar" kullanılırBurada yalpalamaya karşı koyan moment ,yalpalama hızıyla orantılıdıryay kumandalı cayroskoplarda ise bu moment,yalpalama yer degiştirmesiyle orantılıdır

Gerekli hesaplamaları gerçekleştiren bilgilerisayar ise,ivme üzerinde gerekli düzeltmeleri yapar,ivmeyi hız,hızı ise uzaklık fonksiyonları halinde verir,enlemi ve boylamı hesaplar yermerkezli enlemleri coğrafi enlemlere dönüştürürUzay seyirlerinde eylemsizlikle güdüm amacıyla eylemsizlik sistemlerinden yararlanılması durumunda,bilgisayar ayrıca,aracın konumunu hedefle karşılaştırarak gerekli doğrultu komutlarını verir ve aracın hız vektörünü ( doğrultu ve büyüklük olarak ) programlanmış hız vektörüyle karşılaştırarak roket ve motor durdurma kumandalarını denetler


Kaynak AnaBritannica cilt 7 frmsinsinet için derlenmiştir

DENGELENMİŞ PLATFORMLARI VE NİŞAN DÜZENEKLERİ

Eylemsizlikle dengelenen platform türleri çok küçüktürve bunların çok duyarlı biçimde istikrarlaştırılmaları gerekirÖte yandan,nişan düzeneklerinin dengelenmesi temelde aynı yöntemle gerçekleştirilirPlatform yer değiştirmesini belirleyen cayroskoplar,yüzer cayroskoplar kadar duyarlı değildir

Cayroskoplu nişangahlar uçaklarda kullanılan silahlarda önemli bir değişime yol açmıştırSilahın üzerine yerleştirilen nişan düzeneği,birbirine dik iki düzlemdeki açısal hızları ölçebilen birhız cayroskopunu içerirCayroskoplu nişangah,iç ve dış halkalarına sırasıyla yatay ve düşey yaylarla asılmış üç askılı bir cayroskop olarak düşünülebilirMekanik yay düzenekleri yerine, rotor milinin belirli bir açıklık ve yükseklikte asılı kalmasını sağlayan değişken güçteki magnetik alan askı sistemleri de kullanılırBu magnetik alanın yatay bileşenini sağlayan alan bobinleri ,uzaklık ölçere ( telemetre) eşlenirDüşey alan bobinine ise akım,denetimli bir biçimde verilerek magnetik alan,mermilerin yerçekiminin etkisiyle düşmesine bağımlı kılınırYatay düzlemdeki cayroskopun duyarlığı ,nişan eriminin bir fonksiyonudurdüşey düzlemde ise bu,yerçekimi düşmesinin forksiyonudurBu tür bir nişangahın kullanımı sırasında merkezdeki nokta görüntüsü sürekli olarak hedefin üzerinde tutulur ve bu arada cayroskop otomatik olarak silahın,merminin uçuş süresi dolduğunda hedefin bulunacağı yere nişan almasını sağlar


Kaynak AnaBritannica cilt 7 frmsinsinet için derlenmiştir

UÇAK AYGITLARI

Uçuş paneline yerleştirilen başlıca üç cayroskoplu aygıt,dönme hızı göstergesi,doğrultu cayroskopu ve yapay ufukturBu tür cayroskoplar elektrik motorları ya da hava jetleriyle çalıştırılabilir

Doğrultu cayroskopları,havacılar ve denizciler için standart bir başvuru kaynağıdırBunlar,dönme ekseni yatay düzlem üzerinde bulunan üç askılı cayroskoplardırEğilme başlar başlamaz cayroskop çerçevesi ile düşey kardan halka arasına yerleştirilen bir anahtar kapanarak bir motoru çalıştırırbu motor da,yatay düzlemde bir moment uygulayarak cayroskopun tekrar yatay düzleme doğru yalpalanmasını sağlar

Yapay ufuk,uçağın öne arkaya ve sağa sola yatışını belirlerBu aygıtlar temel olarak,dönme ekseni düşey düzlemde bulunan üç askılı bir cayroskop ile dönme ekseninin gök kutbu çevresindeki görünürdeki hareketi ve öteki rastgele yalpalamaları üzerinde gerekli düzeltmeleri yapan otomatik düzelti aygıtlarından oluşur


ÖTEKİ UYGULAMALAR

Cayroskop ilkesinden,cayropusula ve cayropilot gibi çeşitli uygulama alanlarında ve dönme hareketi olmayan cayroskop aygıtlarında yararlanılır

Dış ivmelerden etkilenmeyen bir dentleştirilmiş magnetik pusula,Yer'in yüzeyinde bölgeden bölgeye gerçek kuzeyden belirli oranlarda sapan magnetik kuzeyi gösterirAma bir cayropusula ,gerektiği gibi ayarlanırsa sürekli olarak gerçek kuzeyi gösterebilirDeniz cayropusulası dönme ekseni yatay düzlemde bulunan üç askılı bir cayroskopturCayroskopun dönme ekseni gerçek kuzeyi göstermediği zaman belirli bir açıyla eğilir ve bu olgudan yararlanılarak cayroskopun sürekli olarak kuzey doğrultusunu araması ve aracın gerçek konumunu (meridyen yerleşimi) belirlemesi sağlanırEğilme başlar başlamaz ,sarkaç türü bir aygıt,momentler üretmeye koyulurve bu momentler dönme ekseninin meridyene doğru yalpalamasını sağlarYalpalarken giderek küçülen yarıçaplarda helisler çizen dönme ekseni,bir süre sonra dengeye ulaştığında üzerinde bulunduğu enleme göre yaptığı kaymayla eşit oranda ama ters yönde yalpalatılarak meridyen düzlemine getirilirEğilme etkisinin bulunmadığı durumlarda deniz cayropusulaları doğrultu özelliklerini yitirerek işe yaramaz olurlarKutuplarda ve ayrıca araç batıya doğru,Yer yüzeyinin hızına eşit bir hızda yol aldığında bu durum ortaya çıkarOrta ve üst enlemlerde uçan uçaklarda bu ikinci duruma sık sık rastlandığından deniz cayropusulaları hava seyirlerinde çokça kullanılmaz

Uçak cayropusulası temel olarak,otomatik gözlemli bir doğrultu cayroskopudurGözleme aygıtı meridyen doğrultusunu belirleyerek cayroskop ekseninin bu doğrultuda kalmasını sağlarGözleme aygıtının magnetik algılama birimi,aygıt üzerinde Yer'in magnetik alanının doğrultusunda ortaya çıkan değişiklikler uyarınca gerekli düzeltmeleri yapar

Çoğunlukla otopilot denilen cayropilot,temel olarak üç aygıttan oluşurbu aygıtlardan her biri,uçağın bir düzlemden yaptığı sapmaları belirler ve gerekli düzeltme işlemlerini yerine getirirBu işlemler açıklığı denetlemek ve ani kuyruk savurmalarından kaynaklanan sapmaları düzeltmek için dümen kanadının kumandası ,sağa sola yatmalara karşı kanatçıkların yönetimi ve öne arkaya yatmalara karşı yükseklik denetimine yöneliktirModern cayropilotlarda sapma hızının belirlenmesi bunun ardından gelirBu aygıtlarda kuyruk savurmaları hız cayroskopuyla boşalmada ortaya çıkan değişiklikler ise bununla birlikte kullanılan cayropusulayla belirlenirbu iki aygıttan alınan sinyaller elektronik olarak birleştirilerek,dümen kanadını yöneten dümen servomotorunu çalıştırması sağlanırSağa sola yatmalar ise,bir hız cayroskopu ve yer değiştirmeyi algılayan bir açı sarkaçının yardımıyla belirlenirKanatçık servosu da gerekli düzeltme işlemlerini gerçekleştirirÖne arkaya yatmanın belirlenmesi ve düzeltilmesi de benzer bir işlemle yapılır

Araçların dönme hızını ölçmekte iki askılı cayroskoplardan yaygın biçimde yararlanılırSahra toplarının nişan almasında ve topografya çalışmalarında kullanılan teodolitler ise,magnetik pusulalar gibi metal yataklardan etkilenmediğinden,yeraltı madenciliginde kullanılırKalemli düşey üç askılı cayroskoplardan da,gemilerin öne arkaya ve sağa sola yalpalamalarının ve trenlerin sallanma hareketlerinin incelenmesinde yararlanılır




Kaynak AnaBritannica cilt 7 frmsinsinet için derlenmiştir

Jiroskop - Cayroskop



Jiroskoplar uçakları havada, uyduları yörüngesinde ve gemileri rotasında tutan sessiz beyinlerdir

1910 yılında ''Sperry Gyroscope Company''yi kuran Elmer Sperry, kullanılabilir ilk jiroskopik cihazları üretti







Jiroskop, (İngilizce: Gyroscope, Gyro) veya Yalpalık, Cayroskop, Cayro, yön ölçümü veya ayarlamasında kullanılan, açısal dengenin korunması ilkesiyle çalışan bir alet Jiroskopik hareketin temeli fizik kurallarına ve merkezkaç ilkesine dayalıdır

Jiroskop olarak bildiğimiz alet ilk olarak 1817’ de J Bohnenberger tarafından icat edilmiştir ve jiroskop adı 1852’ de dünyanın dönüş hareketini incelemek üzere yaptığı deneyler sırasında J Foucault tarafından verilmiştir Bir jiroskop presesyon ve nutasyon olarak bilinen hareketleri de içine alan çeşitli hareketler yapar Günlük hayatta, uçak ve gemilerde yön bulmak için, uzay teleskoplarında yörünge kararlılığını sağlayabilmek için yaygın olarak jiroskoplardan yararlanılmaktadır

Bisiklete binen herkes, bir bisiklet hızlı gittiği vakit dengeyi sağlamanın, yavaş gittiği vaktinkine göre çok daha kolay olduğunu bilir Bir topaç, dönme hızı büyükse, dik kalarak dönmeye devam eder, fakat yavaşladıkça yana yatmaya başlar ve sonunda devrilir Bu örneklerin her ikisinde de, kararsız olan (yani kolayca düşebilecek olan) cisimler, yeter hızla hareket halinde oldukları vakit dik durabilmektedir

Bunlarda gördüğümüz, bir defa bir düzlemde dönmeye başlatılan bir cismin o düzlemde dönmeye etmesi özelliğinden jiropusularda ve denizcilik ile havacılıkta kullanılan başka çeşitli seyir yardımcılarında faydalanılır Bu özellik, ağırlığının büyük bir kısmı çevresine yakın toplanmış bulunan tekerleklerde daha açıktır Bu cins ağır tekerleklerin hepsine jiroskop denir


Şirket gemiler için dengeleyicileri ve pilotlara uçağın yüksekliğini gösteren yapay ufku yarattı Sperry'nin 1930 yılında ölümüne dek, Sperry şirketleri 400 kadar patentli ürünü, askeri uçaklar, roketler, bombalar, uydular ve uzay araçlarında kullanılmak üzere otomatik navigasyon sistemlerine dönüştürdü Bugün jiroskoplar robotlara, antilok sistemlerine, otomobillerin gösterge panosundaki navigasyon cihazlarına, uzay mekiğine, Hubble Uzay Teleskobuna, Mars Keşif Aracı'na yön veriyordur


Mikro jiroskoplar


Jiroskopların bu kadar geniş bir kullanım alanına sahip olması iki prensibe dayanıyor Jiroskopik eylemsizlik (atalet) ilkesine göre dönmekte olan bir kütle uzayda sabit konumunu korur Dönen bir jiroskop bir uyduyu her zaman Dünya'ya dönük olarak tutar Böylece uydu sabit bir konumda olacağı için haberleşme kolaylaşır Dönmekte olan bir kütle ayrıca, yan yatırma kuvvetine karşı direnç gösterir 1900'lü yılların ortalarında tonlarca kilo ağırlığında devasa jiroskoplar gemilerin teknesine yerleştiriliyor ve motorlar tarafından döndürülüyordu Bunlar dalgalara karşın gemilerin düzgün bir şekilde yol almasını sağlıyorlardı

Presesyon ilkesine göre, fırıldayan bir cisme, dönme ekseni üzerinde olmayan bir kuvvet etkilediğinde, cismin dönme ekseni, kendisiyle kuvvetin oluşturduğu düzleme dik olarak hareket eder Eğer Kuvvet aynı niteliğini sürdürürse bu hareket dönme ekseninin konik hareketine dönüşür Bu harekete presesyon denir Örneğin bir topaç, ekseni eğik olarak fırıldarken kütle merkezini etkileyen yerçekimi kuvveti (ağırlığı) topacı aşağı yatırmaya uğraşırken, presesyon ilkesinden dolayı topacın dönme ekseninin konik bir hareket yapmasına sebep olur Yatay konumda uçan bir uçağın kanadındaki jiroskop, kanatlar yan yatmaya başlayınca kanat harektine dik açıda hareket eder Yalpalamayı fark eden cihazlar pilota kanat açısı hakkında bilgi verir İkinci bir jiroskop uçağın burundan kuyruğa, alçalma veya yükselme açısını gösterir Hız ölçen akselerometreye bağlandığı zaman jiroskoplar uçağı uçurabilir Buna otopilot denir

Jiroskoplar giderek mekanik olma özelliğini yitiriyor 1980'li yıllarda halka lazer jiroskopları ve fiber-optik jiroskopları daha hassas ve daha küçük oldukları için tercih edildiler Bunların fiyatı 3000 ile 4000 dolar arasında değişiyor Ayrıca bugünkü minyatür jiroskoplar, malzemelerdeki titreşim değişikliklerini tespit edebiliyorlar Bunlar diğerleri kadar hassas olmamakla birlikte entegre devreler gibi seri üretilebiliyor ve ucuza mal oluyor -yaklaşık 20 dolar- Bunların ucuzlaması tüketim mallarında kullanılmasını sağlıyor

Georgia Institute of Technology'den Farrokh Ayazi tarafından geliştirilen silikon mikro-mekanik tireşimli halka jiroskobunda halka, özgür bir biçimde yüzen, sabit merkezi bir çubuğa bağlı olan bükülmüş destek yayları ile asılı durur Tahrik elektrotları halkaya elekrostatik kuvvet uygular Bu da algılayıcı elektrotlar tarafından kontrol edilen vibrasyonlara yol açar Eğer halka, ekseni etrafında dışarıdan gelen bir kuvvet tarafından döndürülürse, titreşim şekli bozulur Bu da dönmenin yönü hakkında bilgi verir Bozulmanın büyüklüğü dönmenin hızını gösterir


Halka lazer jiroskoplar


Halka lazer jiroskobunda iki anot ve bir katot tarafından tetiklenen gaz, ters yönlerde, aynı frekansta iki ışık dalgası gönderir Halka bir dış kuvvet tarafından döndürülürse, dalgalardan biri biraz daha uzağa gider Bir dedektör sonuçta ortaya çıkan uyumsuzluğu fark eder Bu da dönme hızını gösterir Dedektöre giren ışık dalgaları dağınık bir yapı sergiler; bu şekildeki bir değişiklik dönmenin yönünü gösterir Işınların tek bir frekansta kenetlenmesini önlemek için, titreşim motoru üniteyi titreştirir ve fazlarda ufak da olsa bir değişiklik yaratır


Dinamik ayarlanan jiroskop


Dinamik olarak ayarlanan bir jiroskoptaki motor, rulman yataklarındaki demir rotorun sabit bir hızda dönmesini sağlar Jiroskop bir dış kuvvet tarafından döndürülürse, rotor buna dik açı oluşturarak hareket eder Bu da sinyal jeneratöründe manyetik alan değişikliklerine neden olur Değişiklikler dönmenin yönünü ve hızını gösterir Jeneratör ayrıca, sabit torklu mıknatısların dik açı çizerek oluşan harekete karşı tepki göstermesini sağlar Böylece rotor, yatağına çarpamadan döner

Cayroskop (Jiroskop)



Cayroskop, gemiler, uçaklar, güdümlü silahlar ve uzay araçlarında yön belirleyici ve denetleyici olarak kullanılan bir aygıttır Bir eksen çevresinde hızla dönebilen ağır bir teker ile bu tekeri taşıyan, iç içe geçmiş çemberlerden oluşur Askı ya da dengeleme çemberi adı verilen bu çemberler, tekerin dönme ekseninin kolayca değişebilmesine olanak verecek biçimde birbirine takılmıştır Şekilde görüldüğü gibi, cayroskopun tekeri yatay askı çemberine bağlı olan XX ekseni üzerinde döner Yatay askı çemberi, YY mili ile düşey askı çemberine bağlıdır ve bu mil çevresinde dönebilir Düşey askı çemberi de çevresinde dönebileceği ZZ mili üzerine yerleştirilmiştir Böylece, her yöne dönebilecek biçimde bir araya getirilmiş olan çemberlerin ortasındaki teker dönüş doğrultusunu kolayca değiştirebilir

Teker dönerken, cayroskop altındaki saptan tutularak kaldırılıp bir yöne eğilirse ya da sağa sola çevrilirse tekerin dönme ekseninin doğrultusunun değişmediği görülür Ekseni üzerinde hızla dönen bütün cisimlerde dönme ekseninin doğrultusu değişmemek eğilimindedir Örneğin, bir madeni para ya da bir topaç hızla dönerken yana devrilmez Dünya'nm kendisi de kutuplarından geçtiği düşünülen bir eksen çevresinde hızla döner Bu eksenin Kuzey Kutbu'ndaki ucu her zaman Kutup Yıldızı'na yöneliktir Sir Isaac Nevvton'un birinci hareket yasası eksen doğrultusunun değişmeme nedenini açıklar Bu yasaya göre, hareket eden bir cisim dıştan gelen bir etki olmadığı sürece yapmakta olduğu hareketi sürdürür








Cayroskopun çok ilginç ikinci bir özelliği vardır Cayroskopun tekeri dönerken, XX ekseninin sol ucunu aşağı doğru itecek biçimde, yatay askı çemberine (şekilde okla gösterilen yönde) parmakla bastırılırsa, bütün sistem ZZ mili üzerinde P oku yönünde döner ve ekseni aşağı doğru iten baskı sürdükçe bu dönüş de sürer Öte yandan, eğer düşey askı çemberi P oku yönünde döndürülürse, yatay askı çemberi XX ekseninin sağ ucu yukarı doğru kalkacak biçimde hareket eder Cayroskopun yalpalama adı verilen bu özelliğini günlük yaşamda, örneğin bisiklete binerken görebiliriz Bisikletin tekerleğini cayroskopun tekeri gibi düşünürsek, bisikletin dengesini sağlamak için yalpalama özelliğinden yararlanıldığı görülür Bisikletin sağa doğru yattığını gören binici devrilmemek için gidonu, tekerleği sağa çevirecek biçimde döndürür O zaman bisikletin kadrosu yalpalama özelliği nedeniyle sola doğru yatar ve daha önce sağa yatarak dengesi bozulmuş olan bisiklet dengeye gelir Bu olay ancak tekerlek dönerken yani bisiklet hareket halindeyken gerçekleşir

Cayroskop ilkelerinden, başta yön belirlemek olmak üzere, çeşitli alanlarda yararlanılmıştır


Cayropusula


Magnetik pusulanın iğnesi Kuzey Kutbu'nu değil, ondan yaklaşık 1600 km uzaklıkta bulunan ve magnetik kutup adı verilen noktayı gösterir Bu nedenle magnetik pusula kullanan denizciler yollarını belirlerken bu farkı göz önünde tutmak zorundadırlar Ancak bu fark hem geminin bulunduğu yere göre, hem de magnetik kutuplar zamanla yer değiştirdiği için yıldan yıla değişir Ayrıca, magnetik pusula geminin kendi magnetik alanından da etkilenir Magnetik pusulanın başka bir sakıncası, magnetik kutupların yakınında pusula iğnesinin kuzeye yönelmekten çok aşağı yukarı oynamasıdır Bu sakıncalarına karşın, ucuz ve basit olduğu için küçük teknelerde genellikle magnetik pusula kullanılır

20 yüzyılın başlarında bir Alman, Dr Hermann Anschutz-Kaempfe denizaltı gemisiyle Kuzey Kutbu'na bir keşif gezisi düzenledi O zamanlar Kuzey Kanada'nın Boothia Yarım-adası'nda bulunan magnetik kutup yakınlarında pusulasının hemen hemen hiç bir işe yaramadığını gördü Bu nedenle, gerçek kuzeyi gösterecek bir pusula yapabilmek için bir cay-roskopla çalışmaya başladı Konu öylesine ilgisini çekti ki, keşif gezisinden vazgeçti 1907'de yaptığı ilk cayropusula denemeleri, çabasını sürdürmek için onu yüreklendirdiği gibi, ABD'de Elmer Sperry'yi ve İngiltere'de de S G Brovvn'u aynı konuda çalışmaya yöneltti Cayropusulada, cayroskopun tekeri bir elektrik motoruyla döndürülür Dünya' nin dönmesi sonucunda, yer yüzeyi ile tekerin, doğrultusunu korumaya çalışan dönme ekseni arasındaki açı değişir; eksen yer yüzeyine göre aşağı ya da yukarı doğru eğilir Bu eğilme U biçiminde bir boruya konulmuş cıvanın karşı ağırlığı ile giderilirken, "yalpalama" özelliği etkisiyle tekerin ekseni gerçek kuzey-güney doğrultusuna yönelir Cayropusulanın magnetik pusulaya oranla daha karmaşık bir yapısı vardır Bulunulan enleme ve geminin hızına göre ayarlanmayı gerektirir, ama doğruluğuna güvenildiği için büyük gemilerde bu tür pusula kullanılır


Cayroskopun Başka Kullanım Alanları


Cayroskop kullanılarak, kötü havalarda dalgaların yol açtığı yalpalama azaltılıp gemi yolculuğu daha rahat hale getirilebilir Gemilerde cayroskop yardımıyla sallantının giderilmesi için ilk girişim 1875'te, Manş Denizi'nde çalışan "Bessemer" adlı buharlı gemide yapıldı, ama sonuç başarısız oldu Günümüzde gemilerde, geminin dibinden dışa doğru uzanan kanatçıkların oluşturduğu dengeleyiciler vardır Cayroskopla denetlenen makineler bu dengeleyicileri geminin yalpalamasını azaltacak yönde hareket ettirir

Uçakların bulut ya da sis içinde yaptığı "kör uçuşlar"da da cayroskoptan yararlanılır Uçaklarda cayropusula gibi çalışan ve belli bir doğrultu ve belli bir düzeyde uçuşu sağlayan otomatik pilot vardır Cayroskop ayrıca güdümlü silahlarda ve uzay araçlarının denetiminde de kullanılır