¿Qué Es Un Cardán Y Qué Tiene Que Ver Con La Nasa?

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¿qué es un cardán y qué tiene que ver con la nasa? Los cardanes ayudan a las naves y las naves espaciales a orientarse correctamente. Descubre qué es un cardán.

Si has leído artículos como How the Apollo Spacecraft Worked, has visto el término gimbal. Si no lo has leído, un gimbal es una plataforma que puede pivotar. Qué significa eso? Bueno, esto significa que, en lugar de fijarse a una base inmóvil, un objeto en un cardán puede rotar a lo largo de al menos un eje. En el mundo de la aeronáutica, estos ejes son rodar, tono y guiñada.

Es más fácil de entender rodar, lanzar y desviar visualizando un objeto como un avión. Piense en una línea imaginaria que atraviesa la parte delantera del avión y sale por la parte posterior. Una rotación a lo largo de esta línea resultaría en un giro; el avión comenzaría a hacer rollos de barril.

Ahora imagina otra línea que corre a través de ambas alas del avión. Una rotación a lo largo de esta línea es un cambio en el tono. El avión sube o se sumerge, dependiendo de la dirección del campo. Un círculo completo sería un loop-the-loop.

Finalmente, imagine una línea vertical que sale de la parte superior e inferior del plano. Este es el eje de desvío. Girar a lo largo de esta línea produce un cambio en la dirección del plano, ya sea a la derecha o a la izquierda.

Este contenido no es compatible en este dispositivo.

Un objeto montado en tres o más cardanes puede girar en casi cualquier dirección. Esto puede ser útil cuando necesita asegurarse de que la orientación de un objeto en relación con una dirección particular se mantenga estable. ¿Cómo? Veamos un ejemplo.

Imagina una mesa de billar a bordo de un crucero. Si fuera una mesa normal, las bolas de billar rodarían una y otra vez a través de la superficie de la mesa a medida que cambiaban la inclinación y el giro de la nave. Pero una mesa de billar montada en un sistema de cardán podría ajustarse a los cambios en la orientación de la nave, manteniendo una superficie de juego nivelada. Desde un observador a bordo de la nave, parecería que la mesa se estaba inclinando de maneras inusuales. Si estuvieras de pie sobre la mesa, parecería que el resto de la nave se estaba inclinando.

¿Cómo es un sistema de cardán? Descúbrelo en la siguiente sección.

Gimbal Systems

A la izquierda, puede ver cómo cada cardán permite la rotación alrededor de un eje específico. A la derecha, puede ver un conjunto de cardanes en la cerradura de cardán. El cardán más interno no puede cambiar de tono a menos que alguien ponga los cardanes en otra posición.

A la izquierda, puede ver cómo cada cardán permite la rotación alrededor de un eje específico. A la derecha, puede ver un conjunto de cardanes en la cerradura de cardán. El cardán más interno no puede cambiar de tono a menos que alguien ponga los cardanes en otra posición.

Si bien un gimbal puede ser cualquier soporte que pueda girar alrededor de un eje, la mayoría de los sistemas de gimbal parecen una serie de anillos concéntricos. El anillo más exterior se monta en una superficie más grande, como el panel de instrumentos de un barco. El siguiente anillo más grande se conecta al anillo más externo en dos puntos que son perpendiculares al soporte de superficie del anillo exterior. Luego, el tercer anillo más grande se monta en el segundo más grande en dos puntos perpendiculares a la conexión entre el primer y segundo anillo, y así sucesivamente. ¿Suena confuso? Echa un vistazo a la siguiente ilustración.

Cada anillo puede girar alrededor de un eje. ¿Cómo es esto útil? Por sí solo, es interesante mirar. Pero al montar un objeto en el centro del sistema, puede asegurarse de que el objeto pueda orientarse en cualquier dirección particular en cualquier momento.

Bueno, casi cualquier dirección en cualquier momento. Un problema con los sistemas de cardán es cerradura de cardán. El bloqueo de cardán se produce cuando se alinean dos ejes en un sistema de tres cardán. Cuando eso sucede, el movimiento del objeto es limitado. Un rango completo de movimiento se vuelve imposible. Esto es lo que ve a la derecha en la ilustración de arriba.

La cerradura de cardán es un problema grave. Hay dos formas de evitar el bloqueo de cardán. Una es ajustar los cardanes, ya sea maniobrando la superficie para que los cardos giren de otra manera o restableciendo físicamente los mismos cardanes. Si se produce un bloqueo de cardán, se deben reiniciar los cardanes para que funcionen nuevamente. Otra solución es agregar más cardanes al sistema. Agregar un cuarto gimbal ayuda a eliminar el bloqueo de gimbal, pero también hace que el sistema sea más voluminoso y complicado. Dado que la mayoría de los cardanes son parte de los sistemas electrónicos, agregar más complejidad no siempre es la mejor opción.

Los cardanes permiten a los diseñadores crear dispositivos que son más flexibles que un dispositivo fijo y fijo. También es posible orientar un dispositivo para que esté orientado en una dirección específica independientemente de cómo se mueva o cambie el entorno que lo rodea. Dicha aplicación tiene docenas de usos, que van desde un portavasos que se ajusta para que no tenga que preocuparse por derramar su café a una variedad de antenas de satélite que pueden girar para enfrentar las señales entrantes.

Entonces, ¿qué tiene esto que ver con la NASA? Descúbrelo en la siguiente sección.

Gyre y Gimbal

¿Qué tipo de dispositivos utilizan los sistemas de cardán? Se muestran en todo tipo de aplicaciones, desde lo mundano hasta lo exótico. Aquí hay una pequeña muestra:

  • Soportes de cámara
  • Torrecillas de ametralladora
  • Simuladores de movimiento
  • Soportes de antena parabólica
  • Sistema de iluminación de la pista

Cardanes en el espacio

La plataforma de cardán de ejes múltiples de la NASA se utiliza para probar a los astronautas simulando una peligrosa condición de giro de una nave espacial.

La plataforma de cardán de ejes múltiples de la NASA se utiliza para probar a los astronautas simulando una peligrosa condición de giro de una nave espacial.

-¿Qué tienen que ver los cardanes con la NASA? La respuesta se reduce a esto: casi todo. La NASA no solo usa cardanes cuando diseña sistemas de navegación y paneles de instrumentos, sino también para construir simuladores de entrenamiento y otros componentes terrestres. Sin los cardanes, hubiera sido muy difícil para la NASA encontrar una manera de enviar a los primeros astronautas al espacio de forma segura.

En misiones de entrenamiento, la NASA usa cardanes para simular situaciones que los astronautas se encontrarán mientras estén en el espacio. Algunas simulaciones tempranas de entrenamiento requerían que los astronautas se pusieran un arnés y se colgaran de un sistema suspendido de cardán para simular una caminata espacial.Debido a que los astronautas estaban en un conjunto de cardanes, podían reorientarse a sí mismos en diferentes direcciones, al igual que en el espacio. Los cardanes también desempeñaron un papel importante en los simuladores de movimiento, dando a las cabinas de simuladores un mayor grado de libertad de movimiento.

¿Qué es un cardán y qué tiene que ver con la NASA?: nasa

El arreglo de cardán extravehicular de un solo hombre (OMEGA) permite a los sujetos de prueba de la NASA maniobrar como si estuvieran en un entorno de cero g.

La NASA usó cardanes en las primeras naves espaciales para todo, desde instrumentos hasta sistemas de propulsión. En los sistemas de navegación, los cardanes son útiles para determinar y cambiar la orientación de una nave espacial en relación con otra cosa, como la Tierra o una estación espacial. Los cardanes también son útiles para componentes como paneles solares. Montados en un sistema de cardán, los paneles se pueden inclinar y girar para enfrentar al sol, incluso a medida que cambia la orientación de la nave.

Uno de los instrumentos espaciales más importantes de la NASA es el unidad de medida Inercial (IMU). Una IMU mide los cambios de inclinación, balanceo y orientación, así como la aceleración. La IMU contiene acelerómetros y giroscopios para monitorear los cambios en las naves espaciales velocidad y actitud. Para las misiones de Géminis, la NASA usó un sistema de cuatro cardanes. Pero para las misiones de Apolo, la NASA decidió ir con un sistema de tres cardanes. Esto se debe a que los ingenieros temían que no alcanzarían su objetivo de aterrizar a un hombre en la luna antes de 1970 si esperaban para perfeccionar un sistema de cuatro cardanes. Debido a que la IMU de la nave espacial Apollo solo usaba tres cardanes, los astronautas tenían que estar alertas y realinear la nave para evitar el bloqueo de cardán.

La NASA también utilizó cardanes cuando construyó los sistemas de propulsión para naves espaciales. Un motor de cohete o propulsor fijo solo podría proporcionar empuje en una sola dirección. Montada sobre cardanes, la misma unidad de propulsión podría inclinarse para proporcionar empuje en diferentes direcciones. Esto es crítico cuando una nave espacial debe alinearse con otro cuerpo, ya sea otra nave espacial, un planeta o la luna.

Es bastante sorprendente pensar que una simple serie de anillos interconectados hizo posible que la NASA envíe una nave tripulada a la Luna. Sin los cardanes, no podríamos navegar ni viajar en el espacio con precisión.

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Géminis contra Apolo

Las misiones de Géminis precedieron a las misiones de Apolo. Pero la nave espacial Gemini usó una IMU montada en un sistema de cuatro cardanes, y la nave espacial Apollo tuvo que confiar en un sistema de tres cardos. ¿Porqué es eso? Aunque las misiones Gemini se lanzaron antes que las Apollo, el Proyecto Apollo realmente comenzó antes que el Proyecto Gemini. Los ingenieros de Géminis podrían aprovechar los diseños de la nave espacial Apolo y mejorarlos al construir la nave espacial Géminis.

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Suplemento De Vídeo: EMENDANDO O CARDAN DO RAT TRUCK PARTE 1.




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