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Ringlasergyroskope (RLGs) haben seit ihrer Einführung erhebliche Fortschritte gemacht und spielen eine zentrale Rolle in modernen Navigations- und Transportsystemen. Dieser Artikel befasst sich mit der Entwicklung, dem Prinzip und den Anwendungen von RLGs und hebt ihre Bedeutung in Trägheitsnavigationssystemen und ihre Verwendung in verschiedenen Transportmechanismen hervor.
Die historische Reise der Gyroskope
Vom Konzept zur modernen Navigation
Die Reise der Gyroskope begann mit der gemeinsamen Erfindung des ersten Kreiselkompasses im Jahr 1908 durch Elmer Sperry, der als „Vater der modernen Navigationstechnologie“ bezeichnet wird, und Herman Anschütz-Kaempfe. Im Laufe der Jahre wurden Gyroskope erheblich verbessert, wodurch ihr Nutzen in der Navigation und im Transportwesen zunahm. Diese Fortschritte haben es Gyroskopen ermöglicht, entscheidende Orientierungshilfen für die Stabilisierung von Flugzeugflügen und die Ermöglichung des Autopilot-Betriebs zu liefern. Eine bemerkenswerte Demonstration von Lawrence Sperry im Juni 1914 demonstrierte das Potenzial des gyroskopischen Autopiloten, indem er ein Flugzeug stabilisierte, während er im Cockpit stand, was einen bedeutenden Fortschritt in der Autopilot-Technologie darstellte.
Übergang zu Ringlasergyroskopen
Die Entwicklung setzte sich mit der Erfindung des ersten Ringlasergyroskops im Jahr 1963 durch Macek und Davis fort. Diese Innovation markierte einen Wandel von mechanischen Gyroskopen zu Laserkreiseln, die eine höhere Genauigkeit, geringeren Wartungsaufwand und geringere Kosten boten. Heutzutage dominieren Ringlaserkreisel, insbesondere in militärischen Anwendungen, den Markt aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Effizienz in Umgebungen, in denen GPS-Signale beeinträchtigt sind.
Das Prinzip von Ringlasergyroskopen
Den Sagnac-Effekt verstehen
Die Kernfunktionalität von RLGs liegt in ihrer Fähigkeit, die Ausrichtung eines Objekts im Trägheitsraum zu bestimmen. Dies wird durch den Sagnac-Effekt erreicht, bei dem ein Ringinterferometer Laserstrahlen verwendet, die sich in entgegengesetzte Richtungen um einen geschlossenen Pfad bewegen. Das durch diese Strahlen erzeugte Interferenzmuster fungiert als stationärer Referenzpunkt. Jede Bewegung verändert die Weglänge dieser Strahlen und führt zu einer Änderung des Interferenzmusters proportional zur Winkelgeschwindigkeit. Diese geniale Methode ermöglicht es RLGs, die Ausrichtung mit außergewöhnlicher Präzision zu messen, ohne auf externe Referenzen angewiesen zu sein.
Anwendungen in Navigation und Transport
Revolutionierung von Trägheitsnavigationssystemen (INS)
RLGs sind maßgeblich an der Entwicklung von Trägheitsnavigationssystemen (INS) beteiligt, die für die Führung von Schiffen, Flugzeugen und Raketen in Umgebungen ohne GPS von entscheidender Bedeutung sind. Ihr kompaktes, reibungsloses Design macht sie ideal für solche Anwendungen und trägt zu zuverlässigeren und genaueren Navigationslösungen bei.
Stabilisierte Plattform vs. Strap-Down INS
Die INS-Technologien haben sich dahingehend weiterentwickelt, dass sie sowohl stabilisierte Plattform- als auch Strap-Down-Systeme umfassen. Stabilisierte Plattform-INS bieten trotz ihrer mechanischen Komplexität und Verschleißanfälligkeit eine robuste Leistung durch analoge Datenintegration. Auf derAndererseits profitieren Strap-Down-INS-Systeme von der Kompaktheit und Wartungsfreiheit von RLGs, was sie aufgrund ihrer Kosteneffizienz und Präzision zu einer bevorzugten Wahl für moderne Flugzeuge macht.
Verbesserung der Raketennavigation
RLGs spielen auch eine entscheidende Rolle in den Leitsystemen intelligenter Munition. In Umgebungen, in denen GPS unzuverlässig ist, bieten RLGs eine zuverlässige Alternative für die Navigation. Aufgrund ihrer geringen Größe und Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Kräften eignen sie sich für Raketen und Artilleriegranaten, wie zum Beispiel Systeme wie die Tomahawk-Marschflugkörper und die M982 Excalibur.
Diagramm einer beispielhaften, kardanisch aufgehängten, inertialstabilisierten Plattform mit Halterungen. Mit freundlicher Genehmigung von Engineering 360.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 01.04.2024