как так получается что центр тяжести в самолете всегда однонаправлен,

Answer 1

Гироскопы на самолете лишь датчики угловых положений самолета и никак не могут влиять на положение самолета и тем боле "задирать нос".
В авиагоризонтах используется основное свойство гироскопа с тремя степенями свободы - сохранять неизменным свое положение в пространстве. Но ось вращения гироскопа непрерывно коректируется к центру тяжести Земли (например, жидкостными датчиками) .
В центру тяжести (центру масс) самолета гироскоп не имет никакого отношения, поскольку в любой точке планера его положение в пространстве одинаковое.

В полете тангаж регулируется коректором высоты, подерживается постоянная высота по данным от датчиков барометрического давления.

Answer 2

Как точно работает на больших перелетах авиагоризонт (ориентирующийся на гировертикаль) , я не знаю. Но подозреваю, что там используется какой-то механизм интегрирования перемещения от точки старта, позволяющий учесть кривизну Земли.