גימבל
גימבל הוא סוג של תמיכה צירית המאפשרת סיבוב של אובייקט ביחס לציר יחיד. מערך של שלושה גימבלים, אשר מושחלים אחד לתוך השני כך שציריהם ניצבים, מעניק חופש תנועה מלא לאובייקט שבתוכו, שכן כל אחד משלושת הגימבלים מאפשר סיבוב ביחס לאחד מצירי התנועה האפשריים: ציר הגלגול, הסבסוב או העלרוד. בכך מערך כזה מאפשר לאוריינטציה של עצם המוצב על הגימבל הפנימי להישאר בלתי תלויה בסיבוב של המשענת שלו (ראו הדמיה), מה שמוביל לשילובו הטבעי בשלל יישומים טכנולוגיים הדורשים פלטפורמות מיוצבות. לדוגמה, בספינה המתקדמת בים סוער, הן הגירוסקופים, המצפנים, התנורים ואפילו מחזיקי המשקאות נעזרים בגימבלים כדי שכיוונם ביחס לאופק ישתמר למרות העלרוד והגלגול של הספינה עקב פעולת הגלים.
המשענת הגימבלית המשמשת כמשען למצפנים ומנגנונים אחרים נקראת לפעמים מתלה קרדן על שמו של המתמטיקאי והפיזיקאי האיטלקי ג'ירולמו קרדאנו (1501 - 1576) שתיאר אותו בפירוט. אף על פי כן, קרדן לא המציא את הגימבל, וגם לא טען שהוא הראשון שתיארו. האמצעי המכני הזה ידוע מאז העת העתיקה, ותואר לראשונה על ידי המהנדס בן המאה ה-3 לפנה"ס פילו מביזנטיום, אם כי כמה חוקרים מודרניים מצדדים בטענה כי לגימבל אין ממציא יחיד בר-זיהוי.
היסטוריה
הגימבל תואר לראשונה על ידי הממציא היווני פילו מביזנטיום (280–220 לפנה"ס). פילו תיאר סיר דיו בצורת תמניון משוכלל עם פתח בכל פאה, אשר ניתן לסובבו כך שכאשר כל פאה היא למעלה, ועדיין ניתן לטבול את העט בדיו - אך עם זאת הדיו לעולם לא זולג דרך הפתחים שבפאות האחרות. זה הושג בעזרת העקרון של הצבת צנצנת הדיו שבמרכז הסיר על שלוש טבעות מתכתיות קונצנטריות כך שהיא נותרה נייחת ללא קשר לאופן שבו הסיר החיצוני הסתובב.
יישומים
מנועים רקטיים
ביישומים של הנעת חלליות, המנועים הרקטיים מוצבים בדרך כלל על צמד גימבלים כדי לאפשר למנוע יחיד לבצע ניהוג וקטורי הן בציר העלרוד והן בציר הסבסוב. כדי לשלוט בגלגול, צמד מנועים עם בקרת עלרוד או סבסוב דיפרנציאלית משמשים לייצר מומנט מסביב לציר הגלגול של כלי הרכב החללי.
כרונומטרים ימיים
קצב הפעולה של כרונומטר ימי מכני הוא רגיש לאוריינטציה שלו. מסיבה זו, כרונומטרים מכניים הוצבו בעבר על גימבלים, כדי לבודד אותם מהטלטלות של ספינה בים.
רחפנים
הגימבל משמש גם כמיצב עבור צילום רחף מכיון שלרחפן אין מספיק יציבות בשהותו באוויר והדבר יכול לגרום לשיבוש בצילום (בפרט בצילום וידיאו) מצלמת הרחפן מורכבת על גימבל בעל מוח מחשב המחשב את כיון הרוח ותנודות הרחפן ומיצב את המצלמה ללא תזוזה
נעילת גימבל
המונח נעילת גימבל מתייחס לאובדן דרגת חופש במערך גימבלים תלת-צירי אשר מתרחש כאשר הצירים של שניים מהגימבלים מובאים לכדי מצב של הקבלה, מה שנועל את המערכת באופן סיבוב דו-ממדי מנוון. אף על פי שיש רק שתי קונפיגורציות שגורמות לנעילת גימבל מדויקת, מבחינה מעשית נוצרים קשיים משמעותית בתפקוד המערך כבר בסמוך לאוריינטציות האלו. כאשר מערך גימבלים קרוב לקונפיגורציית הנעילה, סיבובים קטנים של פלטפורמת הגימבל בכללותה מצריכים תנועות מהירות ביותר של הגימבלים המקיפים. אף על פי שהיחס הוא אינסופי רק בנקודה של נעילת הגימבל, מגבלות המהירות והתאוצה המעשיות של הגימבלים - אודות לאינרציה (המסה של כל טבעת גימבל), חיכוך במסבים, התנגדות הזרימה של האוויר או זורם אחר מסביב לגימבלים, והיבטים פיזיקליים והנדסיים אחרים - מגבילים את התנועה של הפלטפורמה בסמוך לנקודת הנעילה.
ראו גם
קישורים חיצוניים
