noemt men een lichaam dat in sneldraaiende (roterende) beweging om zijn as verkeert en gewoonlijk zodanig is opgehangen, dat het elke gewenste stand in de ruimte vrij kan innemen.
De gyroscoop bezit vele toepassingen, welke alle zijn gebaseerd op één der volgende twee fundamentele eigenschappen:
1. De eigenschap der gyroscopische traagheid. Een lichaam, dat snel om zijn as roteert ondervindt ten gevolge van uitwendige krachten of koppels aanzienlijk geringere verplaatsingen, dan wanneer het niet roteert. Het streeft er naar, een eenmaal ingenomen stand in de ruimte te behouden. (Een uitzondering op de hierboven omschreven eigenschap vormen krachten in de richting van en koppels om de draaiingsas. Bij aangrijpen hiervan gedraagt een roterend lichaam zich op dezelfde wijze alsof het niet draaide).
2. De eigenschap der precessie. Wanneer op een lichaam hetwelk snel om zijn as roteert een koppel aangrijpt (twee evenwijdige gelijke doch tegengesteld gerichte krachten, welke beide op de draaiingsas aangrijpen) zal de draaiingsas een beweging gaan uitvoeren in een vlak, gaande door de as en loodrecht op het vlak door de krachten van het koppel. Deze beweging noemt men precessie.
De beweging is afwijkend van hetgeen men zou verwachten. Wanneer het lichaam niet roteert vindt de beweging dan ook plaats in het vlak door de krachten van het koppel.
Ten einde bij practische toepassing van gyroscopische instrumenten in schepen, vliegtuigen e.d. de mogelijkheid te scheppen, dat de as van een gyroscoop zijn stand in de ruimte behoudt onafhankelijk van de bewegingen welke schip of vliegtuig uitvoert, wordt het roterend lichaam bevestigd op de wijze der zgn. cardanische ophanging. Het gyroscooplichaam draait om een as A, welke is bevestigd in een ring. Deze ring is bevestigd in een tweede ring en de eerste ring kan in de tweede draaien om een as B. De tweede ring kan op zijn beurt weer draaien om een as C, welke is bevestigd in het huis of frame van het instrument.
Bij de practische toepassing van gyroscopen kan de draaiing op twee wijzen worden verkregen. Grote gyroscopen, zoals in gyroscopische scheepskompassen, worden uitgevoerd door het gyroscooplichaam te monteren als rotor van een wisselstroommotor. Bij de verschillende constructies varieert het toerental van ca 6000 omw./min bij grote rotors tot 24 000 omw./min bij kleine rotors.
Kleine gyroscopen, zoals in vliegtuiginstrumenten, worden vaak geconstrueerd door het gyroscooplichaam uit te voeren als turbinelichaam met inkepingen. De ruimte waarin het lichaam draait wordt leeggezogen en de buiten toestromende lucht wordt tegen de inkepingen geleid. Het toerental bedraagt gewoonlijk 8000-12000 omw./min.
De voornaamste toepassingen van gyroscopische instrumenten liggen op scheepvaart-, luchtvaarten militair gebied.
A. TOEPASSINGEN IN SCHEPEN
1. Gyroscopisch kompas
Hierbij wordt gebruik gemaakt van een gyroscoop met horizontale as. Door de draaiing der aarde in combinatie met de invloed van de zwaartekracht op één der Gardanus-ringen (die daarvoor van een speciale apparatuur is voorzien) zal de gyroscoopas zich door de bovenomschreven eigenschap der precessie plaatsen in de richting van de geografische meridiaan, d.w.z. dat door de as de richting van het ware Noorden wordt aangegeven. Het toestel is zodanig uitgevoerd, dat de bewegingen van het schip geen invloed hebben op de aanwijzing en dat de snelheid en koers van het schip de aanwijzing automatisch corrigeren.
Een voordeel boven het gewone magnetische kompas is gelegen in het feit, dat men geen rekening behoeft te houden met magnetische storingen door ijzeren delen van het schip en dat geen correcties aangebracht behoeven te worden in verband met de afwijking tussen het magnetische Noorden en het ware Noorden (declinatie).
Het gyro-kompas wordt in het algemeen uitgevoerd met één moeder-kompas en diverse secundaire kompassen welke hun aanwijzing verkrijgen van het moederkompas door middel van electrische sleepcontacten. Het gyro-kompas kan gekoppeld worden aan een stuurautomaat, waarbij een van te voren ingestelde koers automatisch wordt aangehouden doordat de stuurautomaat het stuurmechanisme en zodoende de roerstand bijregelt.
2. Gyroscopische stabilisatie-inrichtingen
Deze zijn bedoeld om de slingeringen van het schip in dwarsrichting zoveel mogelijk op te heffen en zodoende de oorzaak van zeeziekte tegen te gaan. Uiteraard worden deze alleen in passagiersschepen toegepast en tot nog toe slechts sporadisch. Principieel zijn hierbij twee methoden mogelijk:
a. Het gebruik van één of meer grote vast-ingebouwde gyroscopen. Door de gyroscopische traagheid willen de gyroscopen hun oorspronkelijke stand behouden en gaan zodoende de beweging van het schip tegen. Het bezwaar van deze methode is dat er grote krachten uitgeoefend worden op de gyroscoop en zijn bevestiging, zodat zware constructies worden vereist. Voorbeeld in het Italiaanse schip „Conte di Savoia”.
b. Het gebruik van kleine gyroscopen als aanwijsinstrumenten van de beweging van het schip ten opzichte van de vaste stand in de ruimte van de gyroscoop-as. Door middel van electrische contacten en versterkersystemen worden electromotoren bediend en geregeld, welke op hun beurt zorgen voor verplaatsing van een hoeveelheid water in waterballasttanks aan weerszijden van het schip. Op deze wijze wordt er geregeld gezorgd voor een tegengewicht tegen de uitwijkneigingen van het schip. Voorbeeld in de „Willem Ruys” van de Rotterdamsche Lloyd.
B. TOEPASSING IN VLIEGTUIGEN
1. De koerstol of gyroscopisch kompas. Dit instrument is in principe uitgevoerd zoals het gyroscopisch kompas op schepen. De beweging van het tollichaam geschiedt meest met luchtdruk.
2. De bochtaanwijzer is een gyroscoop met horizontale as, die de hoeksnelheid aanwijst waarmede het vliegtuig zich beweegt om een verticale as. Dit instrument wordt gewoonlijk gecombineerd uitgevoerd met een dwarshellingmeter, een niet-gyroscopisch werkend instrument dat de afwijking aangeeft van de horizontale stand van het vliegtuig in dwarsrichting. Beide gegevens te zamen worden gebruikt bij het maken van bochten.
3. De kunstmatige horizon is een gyroscoop met verticale as welke de afwijking van de horizontale stand van het vliegtuig aangeeft in langs- en dwarsrichting. Het wijst dus aan in welke mate het vliegtuig stijgt of daalt en in welke mate het daarbij scheef ligt.
4. De kunstmatige horizon met volledige bewegingsvrijheid (Engels: at itude gyro). Dit instrument is zodanig uitgevoerd dat elke ingewikkelde beweging van het vliegtuig zoals Immelmann, vrille e.d. hierop kan worden afgelezen.
5. De automatische piloot of stuurautomaat is een toestel dat gekoppeld is aan de richtings- en hoogteroeren en ailerons van het vliegtuig. Het toestel ontvangt langs electrische weg zijn aanwijzingen van het gyrokompas, de kunstmatige horizon en de bochtaanwijzer en is zodanig uitgevoerd dat een eenmaal ingestelde koers en hoogte automatisch worden gehandhaafd.
C. TOEPASSING VOOR MILITAIRE DOELEINDEN
In grote trekken kan het gebruik in twee groepen worden gesplitst:
1. Als koersbepalend instrument, op principieel dezelfde wijze als een stuurautomaat werkzaam is. Een dusdanig gebruik wordt gemaakt bij torpedo’s en werd gemaakt in Wereldoorlog II in de Duitse V-1.
2. Als hulpmiddel bij het richten van kanonnen, in de eerste plaats bij scheepsgeschut en in de tweede plaats als tolvizier bij luchtdoelgeschut.
a. De gyroscoop als hulpmiddel bij het richten van scheepsgeschut kan op twee manieren worden gebruikt. Bij de eerste manier wordt de beweging van het schip ten opzichte van de vaste stand in de ruimte van de gyroscoopas opgenomen door middel van electrische sleepcontacten. Via verste kersystemen worden electromotoren bediend en geregeld, die de stand van het geschut ten opzichte van het schip instellen. Dit geschiedt zodanig dat een eenmaal gericht kanon steeds op hetzelfde punt gericht blijft onafhankelijk van de bewegingen van het schip. In de practijk kan men zodoende op 1 à 2 boogminuten nauwkeurig stabiliseren.
Bij de tweede manier gaat men uit van een vaste stand van het geschut op het schip. De vaste stand in de ruimte van de gyroscoopas wordt nu gebruikt — eveneens via electrische contacten — om het geschut tè doen vuren wanneer het, met het schip meeslingerend, een bepaalde gewenste stand passeert.
b. Het tolvizier bij luchtdoelgeschut werkt als volgt: De as van een gyroscoop houdt men met behulp van een vizierinrichting steeds gericht op een bewegend vliegtuig. Door de beweging van de as worden precessiekrachten opgewekt, afhangende van de richting en de snelheid waarmede het vizier wordt gedraaid om het doel te volgen. Deze precessiekrachten worden nu gebruikt om een richtmerk te bewegen, zodanig dat het geschut de juiste stand ten opzichte van het doel verkrijgt.
Lit.: M. Davidson, The gyroscope and its applications (London 1946).
