儿童科普故事：陀螺回转仪在导弹上的应用 _中级

?????????????

文章插图
?
适合年龄：6岁以上难易程度：中级1944年6月6日，美国、英国在诺曼底地区实施大规模登陆，开辟欧洲第三战场。德军腹背受敌，面临彻度覆灭的命运。
战争狂人希特勒为了作垂死的挣扎，把他手中的法宝，刚刚装备部队的秘密武器V-1和v-2导弹亮了出来，企图用导弹对英国进行袭击，以挽回败局。
1944年6月13日清晨，薄雾笼罩着英古利海峡，阳光正缓缓地透过弥漫的晨雾照射着伦敦城。
这是个阳光明媚的好天气。自盟军在诺曼底登陆以来，人们脸上浮现出胜利的微笑。然而，就在这一天，当地百姓惊奇地看见几个怪物，尾喷烈焰，直向伦敦扑来……
“轰”一声沉闷而巨大的爆炸声惊天动地，顿时，人们愣住了，傻站在那里，互相对望，不知所措。
“发生了什么事？”
伴着刺耳的啸叫，又有4起爆炸声同荡在伦敦上空。人们侧耳细听，试图分辨出爆炸声来自何方，高射炮旋转着，皇家空军的战鹰紧急开空，到处寻找投弹的敌机。然而，天空却是白茫茫的一片……与此同时，在英国首都南部地区也发生了类似事件。
6月16日凌晨2时许，一阵凄厉的空袭警报划破了伦敦寂静的夜空，人们纷纷从床上跃起，奔向防空洞。住在伦敦南郊的防空队员约翰·依福斯听到警报后，迅速穿好衣服，向自己的战斗岗位奔去。他刚出房门，便听到天空中传来奇怪的声音，他循声望去，发现空中有一个小亮点，正发着怪声斜着落向地面。几秒钟后，便听到一声惊天动地的爆炸声。约翰·依福斯迅速向出事的地点奔去。当他赶到出事地点时，消防车和救护人员都已来到现场。只见地面上有一个大坑，周围散落着被烧焦的金属碎片，但没有发现飞行员的尸体。当夜，伦敦南郊又落下了几架这样的“飞机”，同样没有找到飞行员的踪影。
16日，纳粹德国广播电台便宣布了袭击伦敦的消息。纳粹德军侦察机在伦敦上空盘旋一阵后，得意扬扬地向柏林报告说：
“火势比任何一次轰炸机的轰炸都更为猛烈。”
【儿童科普故事：陀螺回转仪在导弹上的应用】17日，纳粹德军最高统帅部印制了一份传单，向在诺曼底地区防守的德军散发，企图为德军鼓劲。传单上写着：
“6月6日敌人侵入诺曼底沿海，16日我军用新式报复武器对伦敦及英国东南部城市进行猛烈的袭击，使敌人遇到严重的困难，敌人的供应和增援后备队将陷入混乱….
这里所说的“新式报复武器”，就是希特勒的秘密武器——V-1飞航式导弹。V-1导弹的总质量为2200千克，弹长7.6米，最大直径0.82 米，翼展5.3米，使用脉冲式空气发动机，战斗部装药700千克，以550 ~600千米/时的速度航行时航程可达到370千米，飞行高度2000米，发射时用弹射器弹射升空，然后按预定弹道自动操纵飞行。
从6月到9月的整个夏季，德国共发射v-1导弹9017枚，许多导弹突破了英国的防空火力网击中了目标，使英国的大城市（特别是伦敦）遭到严重的破坏。9月8日，德军又以世界上最早的弹道式导弹-V-2导弹对英国进行更加猛烈的袭击，至1945年3月27日盟军攻占德军设在瓦沙那尔的V-2导弹发射基地止，德军共向英国发射V-2导弹约1115枚，向其他欧洲大城市发射V-2导弹约1675枚。
为什么导弹在长时间的飞行中都可以不需要驾驶员操作，而不会迷失方向？在导弹飞行的一系列复杂动作中，关键是要保证导弹的自动操纵系统能始终有一个固定的方位参照系。因为只有通过弹体与这个参照系的对比才能辨别各种方位，而要做到这一点，就离不开定向仪。
自动定向仪的核心部分是回转仪，它是根据小孩经常玩耍的陀螺的原理制成的。玩具陀螺在急速转动时一般不会倒下来，偶尔由于其他因素摇摆几下，又会自动地恢复原来的转动状态。玩具陀螺在地面转动时，由于仅靠其底部尖端触地，所以阻力矩很小，即外力矩可以忽略不计。根据物体所受外力矩为零时角动量守恒定律，陀螺的角动量可近似看做保持不变，即陀螺能在较长时间内周绕原来的白身轴线旋转。
根据陀螺的原理，人们设计制造了陀螺回转仪。在支架上装有可以转动的外框，外框内又装有可以转动的内框，在内框中安装着高速转动的转子，也就是一个高速旋转的陀螺。由于外框和内框以及陀螺转子的转动轴三者相交于转子的重心，而且所有的轴承都十分光滑，所以，陀螺转子可以在三维的空间中自由地转动，它的转轴方向不会因为底座位置的变化而发生变化。人们把这种陀螺回转仪安装在导弹内，并将底座固定在导弹中，这样在导弹飞行过程中，无论导弹姿态如何变化，回转仪的外框、内框位置和方向发生变化，而高速旋转的转子的转轴方向是不会发生变化的，因而就成为一个可靠的方向参照系。有了这个参照系，就可以随时测出导弹的滚动或偏转，并及时由控制系统进行校正，使导弹按照预定的方向飞行，直至击中目标。-架装有陀螺回转仪的飞机，在长时间的飞行中都可以不需要驾驶员操作，而不会迷失方向，甚至在降落的时候，自动驾驶仪也可以操纵飞机从高至低逐渐下落，平稳地降落在跑道上滑行，最后自动地停下来。