姿态指引仪

姿态指示仪（AI），以前被称为陀螺地平线或人工地平线，是一种告知飞行员飞机相对于地球地平线的方向的飞行仪器，并对最小的方向变化给予即时指示。

微型飞机和地平线杆模仿了飞机相对于实际地平线的关系。它是在仪表气象条件下飞行的主要仪器。

姿态总是以度（°）为单位呈现给用户。然而，内部工作，如传感器、数据和计算可能使用度和弧度的混合，因为科学家和工程师可能更喜欢用弧度工作。

在航空出现之前，人工地平线被用于天体导航。基于陀螺仪或陀螺的这种装置的建议可以追溯到1740年代。

后来的实现，也被称为气泡水平仪，是基于气泡水平仪并连接到六分仪上。2010年代，从HMS Erebus的残骸中找到了使用液态水银的人工地平线的残余物。

人工地平线的基本组成部分包括一个象征性的微型飞机，其安装方式似乎是相对地平线飞行。一个调整旋钮，考虑到飞行员的视线，将飞机上下移动，使其与地平线条对齐。

仪器的上半部分是蓝色的，代表天空，而下半部分是棕色的，代表地面。顶端的倾斜指数显示飞机的倾斜角度。中间的参考线表示相对于地平线的倾斜程度，向上或向下。

背景显示的颜色和西方的仪表一样，但只上下移动来表示俯仰。一个代表飞机的符号（在西方仪表中是固定的）向左或向右滚动以表示倾斜角度。

人工智能的核心是一个高速旋转的陀螺仪（gyro），由一个电动马达或通过气流推动沿其外 围的转子叶片的作用。气流由真空系统提供，由真空泵驱动，或由文丘里管驱动。

通过文丘里管的最窄部分的空气通过伯努利原理具有较低的空气压力。陀螺仪安装在一个双万向节中，当陀螺仪保持垂直直立时，它允许飞机俯仰和滚动。

一个由重力驱动的自立机制抵消了由于轴承摩擦造成的任何偏移。在飞机发动机首次通电后，可能需要几分钟的时间来使陀螺仪达到一个垂直的直立位置。

姿态指引仪有保持仪器相对于重力方向的水平的机制。在长时间的加速、减速、转弯过程中，或者由于地球在长途旅行中在飞机下面弯曲，仪器可能会产生小的误差，在俯仰或倾斜方面。

开始时，它们的底部往往有稍多的重量，所以当飞机停在地面上时，它们会悬空，因此在启动时它们会是水平的。但是，一旦它们被启动，如果它们不在水平线上，底部的那个下垂的重量就不会把它们拉平，相反，它的拉力会导致陀螺的前移。

为了让陀螺在运行时非常缓慢地定向于重力方向，典型的真空动力陀螺在转子外壳上有小摆件，部分覆盖了气孔。当陀螺相对于重力方向失去水平时，摆锤将沿重力方向摆动，并揭开或盖住气孔，从而允许或阻止空气从气孔中喷出，并由此施加一个小力使陀螺朝重力方向定向。电力驱动的陀螺仪可能有不同的机制来实现类似的效果。

较早的人工智能在它们所能容忍的俯仰或滚动的数量上是有限的。超过这些限制将导致陀螺仪翻滚，因为陀螺仪外壳与万向节接触，造成一个前倾力。

为了防止这种情况，需要有一个笼子机制，在俯仰超过60°和滚动超过100°时锁定陀螺仪。现代人工智能没有这种限制，因此不需要笼式机制。

姿态指示仪也用于载人航天器上，被称为飞行指挥姿态指示仪（FDAI），它们指示飞船的偏航角（机头向左或向右）、俯仰（机头向上或向下）、滚动和相对于来自惯性测量单元（IMU）的固定空间惯性参考框架的轨道。

FDAI可以被配置为使用相对于地球或恒星的已知位置，这样工程师、科学家和宇航员就可以交流相对于地球的位置。