Utilizar giroscopios para hacer girar los aviones

Question

¿Podrían utilizarse varios giroscopios para cambiar de dirección en un vehículo volador? Soy un novato en física y no sé qué más añadir...

Si tener un giroscopio permite cambiar de dirección en 90° añadiendo una fuerza exterior al giroscopio, ¿no sería posible cambiar en cualquier dirección alterando la orientación de varios giroscopios?

Veo muchas ventajas en el uso de giroscopios para cambiar de dirección frente a nuestros métodos tradicionales, que consisten en añadir resistencia a un lado del vehículo o añadir empuje al otro lado del vehículo. Además, podría añadir estabilidad al avión y eliminar los complejos mecanismos que se encuentran fuera del fuselaje. ¿Tal vez incluso eliminar el efecto giroscópico de las hélices?

P.D. He intentado investigar mi pregunta pero los resultados son demasiado complejos para seguirla o una simple introducción a los giroscopios.

Edición: No tengo suficiente karma para upvote estas grandes respuestas. ¡¡¡Gracias por tomarse el tiempo de su sábado para explicar a mí como si yo fuera un niño de 5 º grado, ha sido muy informativo !!!

Answer 1

A lo que te refieres no se llaman giroscopios (que suelen referirse a sensores en este contexto), sino ruedas de reacción o ruedas de impulso (no es el mismo dispositivo). Las ruedas de reacción hacen girar la nave en la dirección opuesta a la que gira la rueda, mientras que las ruedas de impulso son una rueda giratoria en la que el eje de rotación está montado en un cardán y cuando éste cambia el eje de rotación de la rueda con respecto a la nave, la nave gira en la dirección opuesta (piense que intenta sostener una gran rueda giratoria en sus manos horizontalmente y luego la mueve para que quede vertical. Ejerce una fuerza para resistirte, lo que significa que en realidad empujarías la rueda para girar tú mismo si tus pies no estuvieran en el suelo). Ambos se utilizan en los satélites.

El problema de ambos dispositivos en algo como un avión es que necesitan un impulso comparable al del avión para que éste pueda maniobrar con suficiente velocidad. Eso significa que tienen que ser pesados o girar muy rápido. Pesar es malo para un avión y girar rápido es peligroso.

En cambio, las superficies de control no sufren ninguno de estos problemas y, además, contienen menos piezas móviles y consumen menos energía (creo).

Si nos fijamos en los aviones de guerra de la Segunda Guerra Mundial con enormes hélices en la parte delantera que actúan como giroscopio, o en los pocos aviones con motores rotativos en los que todo el motor actúa como giroscopio, estos aviones ruedan en una dirección más rápido que en la otra. Y sin embargo, las superficies de control todavía son lo suficientemente potentes como para superar esto y permitir que el avión ruede en la otra dirección. Y ten en cuenta que en el caso del motor rotativo, tienes una masa significativa del motor girando y aún así es demasiado débil para dominar las superficies de control.

Answer 2

No, lo que usted describe no es una posibilidad.

Para explicar por qué, permítanme hacer una comparación con la tecnología de uso de la estabilización giroscópica en yates de lujo.

El giroestabilizador está orientado con respecto al casco de tal manera que está configurado para suprimir el balanceo.

Para suprimir el balanceo, el giroestabilizador necesita palanca. Un barco, al ser alargado, tiene una fuerte oposición al movimiento de cabeceo.

El caso de uso típico es cuando el yate se dirige a algún destino y da la casualidad de que el oleaje del mar es paralelo al casco, lo que hace que el barco se balancee de lado a lado. El sistema giroestabilizador puede entonces suprimir ese balanceo.

La supresión del balanceo es una activo sistema. Unos fuertes actuadores cambian la orientación del eje de giro, en sentido contrario a la tendencia a rodar.

Este cambio activo de la orientación del eje de giro de la rueda giroscópica utiliza un par en una dirección para ejercer otro par en una dirección a 90 grados de la misma.

La capacidad de suprimir el balanceo proviene de ejercer una fuerza en una dirección que tiende a hacer cabecear la nave (arriba/abajo, ya que el giroestabilizador se opone al balanceo hacia la izquierda/derecha). Pero ese par de cabeceo no es un problema porque la nave, por la forma en que funciona la flotabilidad, se opone firmemente a cualquier cabeceo.

En un avión no tienes esa ventaja.

Una unidad giroscópica con suficiente momento angular para dar una tasa útil de guiñada paso el avión. Eso sólo complica el pilotaje de la aeronave.

Por cierto, hubo un periodo en el que los aviones pequeños de alto rendimiento tenían un único motor rotativo . En un motor rotativo, el cigüeñal está parado, el motor gira y la hélice está atornillada a ese motor giratorio. El bastidor aéreo sería lo más ligero posible.

Recuerdo haber leído una entrevista a un piloto que había pilotado un avión con motor rotativo. Para girar a la izquierda o a la derecha había que iniciar ese giro poniendo en marcha el correspondiente movimiento de cabeceo y viceversa. Muy, muy difícil de volar.

Answer 3

Gracias a las respuestas que me indicaron los términos científicos correctos para poder seguir investigando. Tras la lectura inicial, las respuestas me parecieron correctas, pero tenía la sensación de que los ejemplos presentados no se correspondían con la pregunta.

He investigado más y me gustaría dirigir a todo el mundo a este vídeo de Tom Stanton. https://youtu.be/4kfBEaTncjI

Consulte también esta patente que, en mi opinión, resume mi hipótesis https://patents.google.com/patent/WO2006004581A2/en

Aquí se ve claramente que unas pequeñas ruedas de reacción pueden controlar un vehículo volador y no sólo se necesitan ruedas de tamaño mínimo, sino que el giro necesario se consigue fácilmente con un pequeño motor eléctrico. El momento angular parece ser contraintuitivo a primera vista y creo que por eso las respuestas no descartan adecuadamente mi hipótesis.

Así que a lo que iba sobre la eficiencia de los aviones. Si en lugar de utilizar la resistencia o el empuje para dirigir un vehículo (ambos requieren más combustible a bordo) el avión pudiera utilizar la energía eléctrica para hacer girar una rueda y lograr un rumbo adecuado. La masa de la rueda tiene menos importancia que el radio (por eso se usa la rueda de bicicleta en el ejemplo de clase para mostrar el momento angular luchando contra la gravedad, y no un disco de acero).

Así que voy a tener que decir, sí, mi hipótesis es correcta. Dos o tres ruedas de reacción pueden controlar la dirección de cualquier vehículo y se puede hacer con la tecnología actual.