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Ringlasergyroskope (RLGs) haben sich seit ihrer Einführung deutlich weiterentwickelt und spielen eine zentrale Rolle in modernen Navigations- und Transportsystemen. Dieser Artikel befasst sich eingehend mit der Entwicklung, dem Prinzip und den Anwendungen von RLGs und hebt ihre Bedeutung in Trägheitsnavigationssystemen und ihren Einsatz in verschiedenen Transportmechanismen hervor.
Die historische Reise der Gyroskope
Vom Konzept zur modernen Navigation
Die Entwicklung der Gyroskope begann 1908 mit der gemeinsamen Erfindung des ersten Kreiselkompasses durch Elmer Sperry, den „Vater der modernen Navigationstechnologie“, und Hermann Anschütz-Kaempfe. Im Laufe der Jahre wurden Gyroskope erheblich verbessert und ihr Nutzen in Navigation und Transport gesteigert. Dank dieser Fortschritte konnten Gyroskope wichtige Orientierungshilfen für die Stabilisierung von Flugzeugen liefern und den Autopilotbetrieb ermöglichen. 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 – ein bedeutender Fortschritt in der Autopilot-Technologie.
Übergang zu Ringlaser-Gyroskopen
Die Entwicklung setzte sich mit der Erfindung des ersten Ringlasergyroskops durch Macek und Davis im Jahr 1963 fort. Diese Innovation markierte den Übergang von mechanischen Gyroskopen zu Laserkreiseln, die eine höhere Genauigkeit, einen geringeren Wartungsaufwand und geringere Kosten boten. Heute dominieren Ringlasergyroskope, insbesondere im militärischen Bereich, den Markt aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Effizienz in Umgebungen mit beeinträchtigten GPS-Signalen.
Das Prinzip von Ringlaserkreiseln
Den Sagnac-Effekt verstehen
Die Kernfunktionalität von RLGs liegt in ihrer Fähigkeit, die Orientierung eines Objekts im Inertialraum zu bestimmen. Dies wird durch den Sagnac-Effekt erreicht, bei dem ein Ringinterferometer Laserstrahlen verwendet, die sich in entgegengesetzter Richtung auf einer geschlossenen Bahn bewegen. Das von diesen Strahlen erzeugte Interferenzmuster dient als stationärer Referenzpunkt. Jede Bewegung verändert die Weglänge dieser Strahlen, wodurch sich das Interferenzmuster proportional zur Winkelgeschwindigkeit ändert. Diese ausgeklügelte Methode ermöglicht es RLGs, die Orientierung mit außergewöhnlicher Präzision zu messen, ohne auf externe Referenzen angewiesen zu sein.
Anwendungen in Navigation und Transport
Revolutionierung von Trägheitsnavigationssystemen (INS)
RLGs spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Trägheitsnavigationssystemen (INS), die für die Steuerung von Schiffen, Flugzeugen und Raketen in Umgebungen ohne GPS-Empfang unerlässlich sind. Ihr kompaktes, reibungsloses Design macht sie ideal für solche Anwendungen und trägt zu zuverlässigeren und präziseren Navigationslösungen bei.
Stabilisierte Plattform vs. Strap-Down-INS
INS-Technologien umfassen mittlerweile sowohl stabilisierte Plattform- als auch Strap-Down-Systeme. Stabilisierte Plattform-INS bieten trotz ihrer mechanischen Komplexität und Verschleißanfälligkeit eine robuste Leistung durch analoge Datenintegration.Andererseits profitieren Strap-Down-INS-Systeme von der Kompaktheit und Wartungsfreiheit der RLGs, was sie aufgrund ihrer Kosteneffizienz und Präzision zur bevorzugten Wahl für moderne Flugzeuge macht.
Verbesserung der Raketennavigation
RLGs spielen auch in den Leitsystemen intelligenter Munition eine entscheidende Rolle. In Umgebungen, in denen GPS unzuverlässig ist, bieten RLGs eine zuverlässige Navigationsalternative. Ihre geringe Größe und Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Kräften machen sie für Raketen und Artilleriegeschosse geeignet, wie beispielsweise Systeme wie der Marschflugkörper Tomahawk und die M982 Excalibur.
Diagramm eines Beispiels einer kardanisch aufgehängten, trägheitsstabilisierten Plattform mit Halterungen. Mit freundlicher Genehmigung von Engineering 360.
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Beitragszeit: 01.04.2024