Компас на морском судне

Неотъемлемым мореходным инструментом примерно с конца средневековья является магнитный компас, магнитная стрелка которого, свободно вращающаяся в горизонтальной плоскости, под действием магнитного поля Земли всегда показывает на север. Однако два явления — магнитное склонение и девиация — затрудняют пользование компасом. Причина магнитного склонения заключается в том, что северный и южный магнитные полюсы не совпадают с географическими. Северный магнитный полюс расположен примерно в 1600 км от географического Северного полюса на северо-востоке Канады. Стрелка компаса в месте, не содержащем железа, совпадает с магнитным меридианом и поэтому в зависимости от места снятия показаний с компаса имеет большее или меньшее отклонение. В высоких широтах пользование магнитным компасом для определения направления становится неэффективным. Чем больше расстояние от географического Северного полюса, тем меньше получается ошибка в направлении, поскольку уменьшается угол между северным магнитным полюсом и географическим Северным полюсом. На меридиане, где находится северный магнитный полюс и географический Северный полюс, магнитное склонение разно 0°. В Бискайском заливе оно составляет около 10° к западу, а в Средиземном море — около 2° к востоку. Поскольку магнитный полюс, хотя и очень медленно, меняет свое положение, магнитное склонение должно ежегодно корректироваться. Девиация вызывается постоянным и переменным магнитными полями корабля, которые оказывают дополнительное влияние на магнитную стрелку. Путем установки постоянных магнитов и магнитно-мягкого железа вблизи магнитного компаса (компенсирующие средства, вызывающие аналогичные поля противоположного направления и такой же напряженности, как магнитные поля корабля) исправляются (компенсируются) девиационные погрешности. Компенсация должна повторяться ежегодно. В соответствии с ней составляется таблица отклонений, которая должна постоянно контролироваться в связи с возможными изменениями отклонения в зависимости от магнитной широты и времени. Такие контрольные замеры фиксируются в девиационном дневнике.

Магнитный компас

1 — магнитное склонение 7°; 2 — курс по компасу 339°; 3 — истинный курс 332°; 4 — курсовая черта.

Магнитный компас имеет отметку, называемую курсовым румбом; он расположен в диаметральной плоскости судна или параллельно ей и показывает на картушке компаса курс корабля. Картушка компаса представляет собой диск с градуировкой в 360°, где 0° обозначает северное, а 180° — южное направление. На ее нижней стороне укреплены параллельно друг другу магнитные стрелки. Для того чтобы картушка компаса со своей магнитной осью могла устанавливаться в направлении северного магнитного полюса, она крепится на подвижном острие и может вращаться относительно своего центра. Корпус компаса вместе с магнитами, включая картушку, имеет карданов подвес, что обеспечивает его независимость от движений судна и благодаря чему ось вращения картушки всегда вертикальна. Для улучшения компенсации качки используются преимущественно жидкостные компасы, у которых картушка помещается в котелке компаса, заполненном жидкостью. Таким образом, независимо от движений судна в горизонтальной плоскости можно определить курс корабля и части света. На изображении картушки с силуэтом корабля в вертикальной проекции даны курс корабля и магнитное склонение, составляющие в этом месте Северного моря 7° к западу. Это означает, что северный магнитный полюс имеет в этом месте пеленг 7° к западу от географического Северного полюса. Таким образом, в приведенном примере судно следует курсом не 339° а 332°.

Движение гироскопа с карданным подвесом (а) и поплавкового гироскопа (b) под воздействием приложенных к оси сил

1 — гироскоп; 2 — сила; 3 — отклонение следствие приложения силы

С увеличением скорости судна возрастают также требования к точности компаса. На всех морских судах наряду с магнитным компасом используется гирокомпас, позволяющий независимо от всех магнитных влияний определить направление географического Севера и тем самым курс судна. Как известно, ось гироскопа стремится сохранить неизменным свое положение в мировом пространстве. Параллельному смещению оси гироскоп не оказывает противодействия, силам же, стремящимся изменить направление оси противодействует, и стрелка отклоняется в направлении вращения гироскопа. Вместо магнитной стрелки жидкостный компас имеет в качестве указательного элемента гироскоп с электрическим приводом с частотой вращения примерно 20 тыс. об/мин, время пуска которого составляет около 5 ч. Гироскоп крепится или помещается в поплавке таким образом, что его ось всегда стремится занять горизонтальное положение, так как только в таком случае она всегда устанавливается в направлении север — юг. Момент, направленный на север, гироскоп получает при вращении Земли, которое, если смотреть с севера, осуществляется против часовой стрелки; при этом на север обращен тот конец оси гироскопа, относительно которого против часовой стрелки вращается и сам гироскоп.

Установка гироскопа компаса в направлении север — юг на экваторе и на средних широтах

1 — направление движения оси гироскопа; 2 — подъем оси гироскопа из-за вращения Земли; 3 — сила поплавка; 4 — направление вращения Земли.

Проще всего показать действие гироскопа в качестве указателя направления на экваторе. Например, гироскоп приводится в движение при восточно-западном расположении оси, тогда благодаря повороту Земли происходит подъем оси гироскопа. Этому подъему противодействует перпендикулярная сила поплавка, стремящаяся удержать ось гироскопа в горизонтальном положении. При этом гироскоп отклоняется перпендикулярно к направлению силы таким образом, что его ось поворачивается к меридиану, т. е. в направлении север — юг. Когда ось устанавливается в направлении меридиана, т. е. параллельно оси вращения Земли, то благодаря повороту Земли она получает еще параллельное смещение в пространстве, которому не оказывает сопротивления. Вследствие воздействия силы поплавка и инерции гироскопа при вращении в направлении меридиана ось гироскопа отклоняется от направления север — юг, но благодаря вращению Земли и силе поплавка, возникающей на другом конце оси гироскопа, вновь возвращается к меридиану. Таким образом, гироскоп постоянно' колеблется вблизи меридиана (его собственное исходное положение) и вследствие незначительного трения между поплавком и жидкостью (ртутью) очень медленно принимает положение меридиана. Для ускорения этого процесса в установку компаса вмонтирована система стабилизации качки по типу успокоительной цистерны Фрама. Успокоительная цистерна способствует тому, что сила поплавка, стремящаяся повернуть ось гироскопа в горизонтальную плоскость, лишь частично используется для этого поворота, другая же часть при смещении центра тяжести всей гироскопической системы уничтожается за счет переливающейся жидкости.

Принцип демпфирования гироскопа компаса

Гирокомпас имеет так называемую ошибку курса, которую необходимо учитывать в навигации. Скорость судна представляет собой в определенной степени очень медленное вращение Земли, которое оказывает на гироскоп такое же влияние, как и само вращение Земли. Если судно следует курсом юг — север, изменяется горизонтальная плоскость и тем самым направление оси гироскопа в пространстве, в результате чего происходит отклонение оси гироскопа на запад, а при противоположном курсе :— на восток. При движении судна в восточно-западном направлении исключается возникновение ошибки курса, поскольку лишь одно вращение горизонтальной плоскости поперек направления осей создает отклоняющую силу. При вращении горизонта вокруг оси гироскопа, как при восточно-западном курсе, отклонения оси не происходит. Отклонение оси гироскопа от меридиана зависит от скорости судна, его курса и географической широты; величина отклонения берется из таблицы ошибок курса и учитывается при определении курса корабля. Для компенсации сил, возникающих прежде всего при бортовой качке судна, широко используются гирокомпасы с двумя или тремя гироскопами, отличающиеся очень высокой точностью работы в качестве указателей направления и позволяющие снимать показания с точностью до десятых долей градуса. В большинстве случаев к гирокомпасу подключается несколько компасов-репиторов (вторичных компасов). Посредством специального электродвигателя каждое вращение плавающей системы гироскопа (изменение направления) в главном компасе передается вторичным компасам. Поэтому главный компас может устанавливаться в любом месте судна. Как правило, главный компас имеет воздушное охлаждение и устанавливается также на ходовом мостике. Вторичные компасы размещают не только в рулевой рубке на ходовом мостике, но и на крыльях мостика, на навигационном мостике и в аварийном рулевом посту. Кроме того, они могут быть вмонтированы в пеленгаторные компасы, радиопеленгаторы, радиолокационные приборы и в системы автоматического управления судном.

Гироскоп

а — картушка компаса (в упрощенном виде); b — конструкция гирокомпасной системы; с — конструкция компаса с тремя гироскопами; d — конструкция компаса с двумя гироскопами; е — главный компас

1 — пеленгаторный компас; 2 — рулевая колонка; 3 — сигнальное устройство; 4 — задатчик ошибки курса; 5 — вторичный компас; 6 — штекерное устройство; 7 — насос охлаждающей воды; 8 — главный компас; 9 — распределительная коробка; 10 — преобразователь; 11 — коробка управления и включения; 12 — сеть; 13 — пускатель; 14 — курсограф.

Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика