Giróscopos y navegación inercial: principios, componentes y precesión

1. Principios giroscópicos

Un giróscopo es una rueda con el peso concentrado en sus extremos que gira a alta velocidad. Se monta sobre tres anillos (llamado cardán) que le otorgan libertad de movimiento.

2. Inercia giroscópica

Es una propiedad por la cual el dispositivo intenta mantener el eje de giro paralelo a su posición de origen. La inercia depende de la velocidad angular, el peso y el radio en el que este se encuentra concentrado.

3. Precesión

Es una propiedad que causa que el eje de giro cambie de dirección cuando se le aplica una fuerza. Es un efecto físico que ocurre en todos los cuerpos en rotación, donde la fuerza aplicada se manifiesta a 90º en la dirección del giro.

4. Rotación aparente

El eje de rotación de un giroscopio libre, en una latitud cualquiera, si no se coloca paralelo al eje terrestre, gira alrededor de una recta que pasa por su centro (paralela al eje de la Tierra) en sentido retrógrado, completando una vuelta en 24 horas.

5. Orientación al meridiano

Cómo conseguir que un giróscopo libre siga al meridiano

Esto se logra añadiendo un peso en la parte inferior del anillo vertical.

Cómo conseguir que un giróscopo libre se ajuste al meridiano

• Añadiendo un peso en la cara este del anillo horizontal.
• Añadiendo un peso a la esfera en la cual el gyro está montado.

6. Teoría de la navegación inercial

Es la determinación autónoma de la ubicación en un espacio cerrado mediante sistemas denominados navegadores inerciales. Es un arte básico de navegación que proporciona una medida de posición, rumbo y velocidad de un vehículo. Se trata de un sistema de navegación por estima de muy alta exactitud que calcula la posición considerando los rumbos y distancias recorridas en todo momento.

7. Componentes principales de un navegador inercial

• Acelerómetros: Detectan las aceleraciones lineales a lo largo de los ejes del sensor o plataforma.
• Giróscopos: Se encargan de mantener perfectamente estabilizada y orientada la plataforma convencional para que los acelerómetros puedan medir las aceleraciones del barco sin interferencias. Además, envían el grado de desplazamiento de la componente de cada acelerómetro en una plataforma strapdown.
• Plataformas: Es la base sobre la que están montados los acelerómetros y giróscopos. Existen dos tipos: convencionales (deshacen los movimientos del barco) y strapdown (fijas a la estructura, acompañan los movimientos del barco).
• Calculador o integrador: Es el cerebro del sistema. Se encarga de recibir las aceleraciones detectadas, calcular la velocidad y la distancia recorrida, y controlar los servomotores de la plataforma.