當(dāng)飛機處在低速飛行時,飛行員可以通過觀察地面,根據(jù)地平線的位置可以判斷出飛機的姿態(tài)。但是駕駛員身體的姿態(tài)會隨飛機的姿態(tài)而變化,所以這種感覺有些時候并不可靠。例如當(dāng)飛機轉(zhuǎn)了一個很小角度的彎,機身傾斜得很厲害,駕駛員可能一時不能很快地調(diào)整好自己的平衡感覺,從而不能正確地判斷地平線的位置,就可能導(dǎo)致飛機不能恢復(fù)到正確的飛行姿態(tài)上來。還有飛機在海上做夜間飛行,漆黑的天空與漆黑的大海同樣都會閃爍著星光或亮光。在這茫茫黑夜中很難分辨哪里是天空,哪里是大海,稍有失誤,就有可能把飛機開到海里去。
為了飛行的安全,就非常有必要制作出一種能指示飛機飛行姿態(tài)的儀表。這塊儀表必須具有這樣一種性能,即能夠顯示出一條不隨著飛機的俯仰、傾斜而變動的地平線。在表上這條線的上方即為天,下方即為地。天與地都分別用不同的顏色予以區(qū)別,非常醒目。但是為了怎樣才能造出這條地平線,飛機設(shè)計者們頗費腦筋,最后從玩具陀螺中獲得了靈感。
兒時大家都玩過陀螺。它的神奇之處在于當(dāng)它轉(zhuǎn)動起來以后,無論你如何去碰它,它總能保持直立姿態(tài),決不會躺倒。而且它轉(zhuǎn)的越快,這種能保持直立的特性就越強。換句話說:陀螺轉(zhuǎn)動起來后,它可以保持它的旋轉(zhuǎn)軸的指向不受外界的干擾,指向它起始的方向。利用這個原理,在19世紀(jì)末就制造出來陀螺儀,它的核心部分是一個高速轉(zhuǎn)動的陀螺,專業(yè)術(shù)語叫轉(zhuǎn)子。把轉(zhuǎn)子裝在一個各方向均可自由轉(zhuǎn)動的支架上,這就是陀螺儀。把陀螺儀安裝到其他設(shè)備上,不管這個設(shè)備如何運動,陀螺儀內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸的方向是不會改變的。飛機發(fā)明后不久,陀螺儀就被用到了飛機上。把陀螺儀的支架和機身連在一起,它的轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時,旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面,有一根橫向指示桿和轉(zhuǎn)子軸垂直交叉相連。飛機可以改變飛行姿態(tài),但轉(zhuǎn)子軸會始終指向地面,橫向標(biāo)示桿就始終和地平線平行,它在儀表中被叫做人造地平線,這個儀表被稱為地平儀,也叫姿態(tài)指引儀。