電羅經 (Gyro Compass)

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船用電羅經及自動導航系統 (Marine Gyro Compass And Autopilot) 中華民國海事學會印行 廖中山編著

廖教授是我讀大學時的導師也是羅經學的老師，他已經過逝好久了，晚年成立外獨會推廣台獨運動，是一位值得尊敬的長者。

電羅經 (Gyro Compass) 是現代航行 (Navigation) 最重要的指向儀器，無論太空航行、空中航行或海上航行都少不了它，其原理都是根據旋轉儀 (Gyroscope) 發展而成。

旋轉儀有轉輪、內環及外環，三者相互垂直並能自由轉動，一但轉輪高速旋轉後，由於旋轉儀的轉輪慣性，會使轉輪的軸心始終指著一固定方向。如下圖所示，假設在地球赤道上有一旋轉儀，從南極方向觀察地球，會發現無論地球如何自轉，旋轉儀的軸心始終指向右邊，但是在地球表面觀察，會發現軸心在 00 點向右，06 點向上，12點向左，18點向下。



這樣太空航行時，就可以慣性導航。可是在地球航行，我們需要的是指北或指南的設備，因此修改旋轉儀讓它的轉軸能夠尋北及定北。如下圖所示，在轉軸下方放一重物，利用重力產生力矩偏移轉軸尋北，這稱為底重效應。當然也可以反過來在上方放重物，用頂重效應產生力矩，不過轉輪旋轉方向必須要反過來。一般船舶速度不快，重力尋北即可符合需求，但是飛機或太空梭等飛行器，則必須用其他機制尋北。



最後，出個題目給樂高玩家動動腦，利用積木組件做出一個旋轉儀，然後加上重力尋北裝置，讓它成為一個電羅經，這是一個難度極高的任務，連我也還想不出辦法！

想做出旋轉儀，必須增加轉動慣性，有幾個方式可以試看看：
一、提高馬達轉速，
二、增加轉輪質量，
三、增加轉輪半徑，並將重量配置於轉輪邊緣部份。

像地球也是一個大型旋轉儀，雖然轉得很慢，一天一轉，但是地球質量極大，所以有足夠轉動慣量，維持地軸傾斜。

NXT 馬達轉速不高約 120 rpm，並且形狀與轉軸不對稱，這是一個超級任務，如果有網友能做出來，請分享給大家知道 :)