Wat is een gimbal?
Een cardanische ring, ook wel een cardanische ring genoemd, is een mechanisch apparaat dat bestaat uit twee of meer ringen die op assen loodrecht op elkaar zijn gemonteerd. Een object gemonteerd op een drie-ring cardanas blijft horizontaal opgehangen in een vlak tussen de ringen ongeacht de stabiliteit van de basis. Gimbals hebben een breed scala aan praktische toepassingen, variërend van film tot ruimtevaarttoepassingen.
Een cardanische beugel kan worden gebruikt om objecten horizontaal te houden in onstabiele omgevingen - bijvoorbeeld, veel op het dashboard gemonteerde bekerhouders zijn cardanische ophangingen. Gimbals zijn ook zeer waardevol in omgevingen aan boord en in vliegtuigen, wanneer meetinstrumenten zoals chronometers en kompassen op gelijke hoogte met de horizon moeten worden gehouden. Gimbals kunnen ook worden gebruikt voor ruimtevaartnavigatie, omdat ze kunnen worden ingesteld om een stabiele meting te bieden vanaf een specifiek referentiepunt, zoals de aarde of de zon, ongeacht hun werkelijke positie in de ruimte. Gimbals die worden gebruikt in de ruimtevaartnavigatie gebruiken Euler-hoeken om een object zoals een ruimtevaartuig te oriënteren.
Bij gebruik voor ruimtevaartnavigatie, zijn cardanische ophangingen geconfigureerd in sets van drie gyroscopen die toonhoogte , rol en gier meten. Pitch verwijst naar rotatie van het vaartuig rond de dwarsas. In het voorbeeld van een vliegtuig is de neus van het vliegtuig omhoog gericht om de toonhoogte te vergroten en omlaag om het te verlagen. Rollen, ook wel bank genoemd, is rotatie van het vaartuig langs een lengteas, terwijl gier verwijst naar rotatie rond het middelpunt van de massa. De cardanische ophangingen zijn georiënteerd met een basis, bijvoorbeeld de maan, en de cardanische hoeken meten de positie van het vaartuig ten opzichte van de basis.
Af en toe kan een toestand die bekend staat als gimbal lock optreden, wanneer de meetcapaciteiten van een gimbal-systeem worden overschreden, waardoor een operator de gimbals moet resetten. Dit gebeurt wanneer een rotatie langs de ene as de andere uitschrijft, bijvoorbeeld wanneer een vliegtuig recht omhoog de lucht in klimt, waardoor elke lezing van de gier zinloos is omdat de twee assen in dezelfde richting zijn uitgelijnd. Gimbal lock kan worden overwonnen door de toevoeging van een redundante gyroscoop.
Omdat gimbals objecten door drie dimensies laten bewegen, worden ze vaak in film gebruikt om plotselinge bewegingen na te maken die worden veroorzaakt door turbulentie of ruwe zeeën. Gimbals verschijnen ook in situaties waarin een object breed moet draaien of draaien, zoals vaak het geval is bij filmcamera's of raketmotoren. Gimbals zijn buitengewoon nuttige hulpmiddelen in een breed scala van industrieën.