Могут ли гироскопы типа маховика стабилизировать самолет?

У меня на самом деле большой опыт работы с корабельными системами, о которых вы говорите.

Во-первых, гироскопы не удерживают лодку в вертикальном положении, они противодействуют эффекту качки волн, но не могут полностью их устранить. Гироскопы всех конструкций работают по принципу сохранения углового момента . Это означает, что вращающийся объект будет стремиться передать силу, на 90° противоположную силе, приложенной к нему, чтобы сохранить угловой момент.

Для того, чтобы это оказало ощутимое влияние на что-то значительное по массе, сам гироскоп (точнее, маховик) тоже должен иметь значительную массу. В корабельных системах это означает, что они обычно используют много (для авианосца я бы предположил даже десятки) этих устройств, которые раскручивают маховик весом в тонны. Это большая масса, которую нужно перемещать!

Итак, первая проблема, с которой вы столкнулись, — заставить массу вращаться достаточно быстро, чтобы получить эффект. Получение чего-то такого большого вращения требует значительного количества энергии и времени. Заставить что-то настолько большое, чтобы остановить вращение, может быть столь же проблематично. Да, можно было бы использовать тормоза (и многие так и делают), но нужно рассеять много энергии (тепла).

Итак, принимая во внимание, что эти гироскопы не меняют скорость очень быстро и что они очень сильно противодействуют силам, у вас сразу возникает ряд проблем:

• Вы должны нести МНОГО лишнего веса.
• Вам нужно иметь много дополнительного топлива/двигателей/генераторов, чтобы масса вращалась.
• После вращения масса будет противодействовать изменениям импульса, что сделает самолет трудным, если не невозможным, для крена (также известного как: поворот).

Так можно ли их использовать для исправления плоского вращения? Не совсем. Чтобы противодействовать плоскому вращению, вам нужно установить гироскоп под углом 90° к углу вращения, а затем изменить импульс гироскопа, чтобы противодействовать вращению. Плоские вращения не являются (кроме того, что может заставить вас поверить Top Gun) невозможно восстановить с заданной высоты и полномочий управления. Это случается в мире высшего пилотажа довольно часто (и не случайно).

Можно ли их использовать для управления самолетом? Опять наверное нет. Вы говорите об очень быстром изменении углового момента огромной массы. Это будет работать для стороны торможения, но не для стороны ускорения. Это означает, что у вас будет самолет, который может выполнить маневр один раз в одном направлении, а затем должен будет улететь, пока самолет снова набирает гироскопы.

Кстати, в космических кораблях используются гироскопы управляющего момента , которые работают с помощью карданов для вращения гироскопического маховика, чтобы передать вращающую силу космическому кораблю. Они работают из-за снижения гравитации / сопротивления в рабочей среде самого космического корабля. Массы не обязательно должны быть такими большими, как на Земле.

Когда-то на легкие самолеты устанавливались большие вращающиеся массы, но для приведения их в движение, а не для управления. Их называли роторными двигателями , и они значительно усложняли управление самолетом. Каждое управляемое движение по тангажу будет сопровождаться неуправляемым движением рыскания и наоборот.

В этом ответе подробно обсуждается влияние вращающихся масс.