Магнитный компас обладает целым рядом ценных качеств: простота устройства и обслуживания, независимость от источников электропитания, постоянная готовность к действию и сравнительно невысокая стоимость. Благодаря этому магнитный компас до сих пор устанавливается на самых современных морских судах, имеющих другие, более точные курсоуказатели и совершенное навигационное оборудование. На судах внутреннего плавания классов «М», «О» и пассажирских судах класса «Р» также обязательно должен быть установлен магнитный компас.
В зависимости от назначения и места установки магнитные компасы бывают главными и путевыми. Главный магнитный компас обычно устанавливают на верхнем мостике в диаметральной плоскости судна в наиболее возможном удалении от судового железа. Он предназначен для пеленгования ориентиров и контроля курса. Путевой магнитный компас устанавливается в рулевой рубке вблизи от пульта управления рулем. Показания этого компаса используют для удержания судна на заданном курсе. В рулевой рубке компас находится в менее благоприятных условиях, чем на верхнем мостике, поэтому курс по путевому компасу контролируют сличением с главным компасом.
На судах Минречфлота наиболее распространен магнитный компас УКП-М. Компас (рис. 17) состоит из следующих основных частей: чувствительного элемента (картушки), котелка, пеленгатора, нактоуза и девиационного прибора.
Картушка (рис. 18) является главной частью компаса и состоит из системы магнитных стрелок 1 , поплавка 3 и диска со шкалой 4. Поплавок служит для уменьшения веса картушки в жидкости. Он имеет вдоль вертикальной оси сквозное отверстие, в которое сверху вставляется агатовая топка 6, закрепляемая винтом 2. Топка нижней поверх-
 |
|
| Рис. 17. Магнитный компас УКП-М | Рис. 18. Картушка компаса |
ностью опирается на острие шпильки котелка компаса. В нижней части отверстие переходит в конус 5, который ограничивает угол наклона картушки относительно котелка до 10°.
Котелок (рис. 19) представляет собой резервуар, состоящий из двух заполненных компасной жидкостью камер; верхней - основной и нижней - дополнительной. В верхнюю камеру 9 помещена картушка, а нижняя 10 служит для компенсации температурных изменений объема компасной жидкости. В центре дна верхней камеры имеется колонка 5, в которую ввинчивается шпилька 4. Шпилька на конце имеет заточенный на конус иридиевый напай, на который опирается топка картушки. Кроме этого, в верхней камере установлены две курсовые нити 2 из черненой латунной проволоки. Дополнительная камера соединена с основной широким отверстием, закрытым козырьком 6. Дно дополнительной камеры гофрировано и называется диафрагмой. Диафрагма 1 позволяет изменять объем камеры при увеличении или уменьшении объема жидкости. Установленный в дополнительной камере рефлектор 3 не позволяет пузырькам воздуха попадать в основную камеру и направляет вверх лучи от лампочки освещения 14. В среднюю часть диафрагмы вставлено стекло 12 (0 = 44,5 мм), по центру которого имеется втулка 13 с герметической пробкой. Через эту втулку с помощью специального ключа может быть вывинчена шпилька 4 для осмотра или замены.
Сверху котелок закрывается стеклом 7, которое прижимается азимутальным кольцом 8 к резиновой прокладке. На азимутальном кольце нанесена шкала курсовых углов от 0 до 360°. Снизу к корпусу котелка привинчена латунная чашка со свинцовым грузом 11 для понижения центра тяжести котелка. В чашку вмонтирован патрон с электрической лампочкой для освещения картушки.
Компасная жидкость представляет собой водный раствор этилового спирта (43%), который замерзает при температуре - 26°С. Для доливки компасной жидкости в боковой стенке котелка имеется отверстие на уровне дополнительной камеры.
Для сохранения горизонтального положения азимутального круга во время качки котелок помещен в карданное кольцо. С помощью двух цапф (шипов) карданное кольцо подвешивается в нактоузе.
Пеленгатор предназначен для измерения пеленгов и курсовых углов на ориентиры. Пеленгатор (рис. 20) состоит из основания 1 , предметной мишени 3 и глазной мишени 6.
Основание выполнено в виде кольца, которое устанавливается на азимутальном круге котелка и фиксируется на котелке с помощью двух планок: одной - неподвижной, а другой - подвижной в виде защелки. При установке и снятии пеленгатора защелку необходимо оттянуть.
На основании с помощью шарниров крепятся глазная и предметная мишени. Предметная мишень представляет собой прямоугольную рамку с натянутой посередине визирной нитью из тонкой (Ø= 0,4 мм) луженой медной проволоки. Для пеленгования небесных светил предметная мишень имеет откидное зеркало 2.
Глазная мишень имеет вид планки с прорезью. При пеленговании хорошо видимых и ярких предметов прорезь закрывается латунной шторкой с узкой щелью.
Визирная плоскость пеленгатора проходит через середину прорези глазной мишени и нить предметной. Для снятия отсчетов пеленга на глазной мишени установлена в латунной оправе призма 5, закрепленная на передвижной каретке. Призма несколько увеличивает изображение шкалы картушки, поэтому отсчет пеленга снимается с точностью до 0,2°. Для пеленгования Солнца глазная мишень имеет два откидных светофильтра 4.
При измерении магнитных сил на пеленгатор устанавливают входящую в комплект компаса съемную планку 7 с чашкой для крепления дефлектора.
Нактоуз (см. рис. 17) - силуминовая тумба, в которой устанавливаются все основные части компаса. Нактоуз состоит из верхнего основания 3, корпуса 2 и нижнего основания 1 . В верхнем основании на карданном кольце устанавливается котелок, крепятся специальные индукционные пластины и компенсаторы 4 из мягкого железа (продольные бруски) для уничтожения четвертной девиации.
Корпус имеет форму трубы с прямоугольным вырезом. Внутри корпуса установлен девиационный прибор 6. Вырез закрывается крышкой закрепляемой шпильками. Нижнее основание выполнено в виде фланца и предназначено для крепления компаса на судне. К нактоузу крепится блок питания 5 освещения, где установлены переключатель источников питания, реостат регулировки яркости освещения и предохранители.
Девиац и онн ы й прибор предназначен для уничтожения полукруговой и креновой девиации и состоит из латунной трубы и двух передвижных кареток для крепления магнитов-уничтожителей. Внутри" трубы на медном тросике подвешен вертикальный магнит. Конец тросика закреплен на валике, установленном над трубой. При- вращении валика изменяется положение вертикального магнита.
Компасы марки УКП-М выпускаются промышленностью на высоком нактоузе для использования в качестве главных и на низком - в качестве путевых. Кроме компасов УКП-М, на речных судах устанавливают компасы с дистанционной оптической передачей марки КМО-Т. Такой компас обычно устанавливают на верхнем мостике над рулевой рубкой, а его показания передаются в рулевую рубку к посту управления рулем. Компас КМО-Т имеет в своем составе те же части, что и обычный компас УКП-М. Передача показаний осуществляется с помощью оптической системы.
Детали оптической системы помещаются частично в нактоузе, а частично в специальной трубе оптического тракта, которая проходит от места установки компаса в рулевую рубку. Труба состоит из неподвижной и подвижной частей. В нижней подвижной части установлено зеркало, через которое видны показания курса. Оптическая система компаса КМО-Т (рис. 21) состоит из защитного стекла 1, верхней 2 и нижней 3 линз, обогревного стекла 4 и зеркала 5. Картушка, котелок, девиационный прибор и нактоуз имеют различия в конструкции по сравнению с компасом УКП-М.
Рис. 21. Оптическая система компаса КМО-Т
Сложно назвать более распространенный и популярный прибор навигации, чем компас. С данным инструментом путешественника многие знакомятся еще в детстве, совершая первые в своей жизни походы. Но далеко не все знакомы с его принципом работы и техническими характеристиками. И хотя сегодня появляется все больше альтернативных устройств, сохраняет свою востребованность классический магнитный компас, который используют и геологи, и туристы, и любители экстремальных видов спорта.
Устройство прибора
Функциональную основу любого компаса такого типа составляет чувствительный элемент в виде картушки. Он представляет собой магнитное устройство с латунным поплавком, топкой и ободным элементом, который фиксирует панель с градусной шкалой. В латунные пазы интегрируются стрелки магнитного компаса - система обычно формируется шестью элементами, которые выставляются парами и симметрично относительно друг друга. Центральную часть устройства представляет донная часть поплавка с конусом, вершина которого выступает базой для агатовой топки. Здесь стоит отметить, что исполнения магнитных систем могут быть разными - жидкостными и стрелочными, что обуславливает уже другие особенности конструкции.
Принцип работы
В устройстве, которое предназначено для указания полюса, обязательно предусматривается базовая направленность. От нее берут отчет все другие направления. Указателем выступает линия, которая соединяет Южный и Северный полюса. Как раз по этому контуру и проходит магнитный стержень. К слову, его можно разместить в подвешенном состоянии и он по умолчанию будет ориентироваться именно на эту линию. Связано это с тем, что магнитное поле компаса в естественном режиме управляется вращающейся парой магнитных сил Земли. В качестве стержня используется стрелка, которая служит для наглядного измерения направлений по градусной шкале.
Разновидности
Как уже говорилось, выделяют стрелочный и жидкостный приборы, работающие на магнитном основании. Чаще используются модели первого типа. Это ручные портативные устройства, в которых применяется магнитная тонкая стрелка. Она свободно располагается в средней точке относительно вертикальной оси и без препятствий перемещается по горизонтали. Окончание стрелки на северной части имеет пометку, а в соосном сопряжении с ней устанавливается катушка. В процессе измерения прибор можно держать в руках или на специальной базе штатива.
Жидкостный магнитный компас обеспечивается плавающим чувствительным элементом. У него более точный принцип измерения по сравнению со стрелочным аналогом. Такие приборы также называют судовыми, так как их используют мореплаватели. Конструкции жидкостных компасов разнообразны. Классический вариант представляет собой так называемый «котелок» с алюминиевой катушкой, зафиксированной на вертикальной оси. На разных сторонах относительно нее закрепляются пары магнитов, а в центральной части - поплавок. В зависимости от сил, компенсирующих давление или температуру, жидкость переходит в сопряженную камеру, управляя показаниями прибора.
Девиация компаса
На действие магнитного поля могут оказывать влияние сторонние металлические элементы. Особенно это явление распространено на суднах, обшивка которых с момента строительства обретает выраженные магнитные свойства. Соответственно, окружающие компас конструкции могут искажать его показания, что и обеспечит эффект девиации. Критическое воздействие приводит к отклонению стрелки от меридиана. Это происходит, если на прибор действуют не только магнитные силы, но и электрический ток. Пользователи часто фиксируют девиацию, которая проявляется в виде сформированного угла плоскости между подлинным горизонтом и указанным меридианом. При этом различают несколько типов отклонений. Если наблюдается, что северная часть меридиана имеет отклонение от истинного направления к востоку, то, соответственно, девиация магнитного компаса будет называться остовой. В случае отклонения к западной стороне - вестовой. Существенное отклонение создает трудности для штурмана, что обуславливает необходимость восстановления изначальной работоспособности прибора. Решается эта задача посредством искусственного создания сил, компенсирующих девиацию. Для этого изначально готовятся металлические бруски, которыми обкладывается прибор.
Что такое магнитное склонение?
Отчасти связанное с девиацией отклонение от истинных показаний компаса, при котором отмечается угловая разница между указанным и настоящим нордом. Возникает склонение по той причине, что магнитный полюс в северной части смещен на 2100 км относительно подлинного географического. Степень склонения может меняться в зависимости от времени и положения точки на земной поверхности. Практические исследования этого явления на данный момент позволили сформировать карту, на которой обозначены величины коррекции в виде изотонических линий. С другой стороны, магнитное склонение компаса должно ориентироваться и на агонические контуры, которые показывают истинные северные полюса.
Поправка прибора
Не во всех случаях удается исключить и даже минимизировать негативные воздействия на компас, обусловливающие разного рода отклонения. Поэтому выходом становится поправка работы компаса, в которой делается искусственная компенсация с учетом величины отклонения. Главная задача пользователя как раз заключается в определении степени искажения. Универсальная же поправка магнитного компаса в случае склонения делается с плюсовой и минусовой коррекцией. Первый вариант применяется, если речь идет об отклонении к востоку, а второй способ поправки - если имеет место вестовое склонение.
Техобслуживание прибора
Если сторонних помех не наблюдается и нет оснований для устранения склонений, то некорректная работа устройства может свидетельствовать о его неисправности. В этом случае необходимо произвести комплексное обследование конструкции прибора, выполнить чистку его рабочих элементов и проверить жидкостный наполнитель. Особое внимание уделяется наружным частям и котелку. Их следует протирать ветошью с мягким ворсом при минимальных колебаниях для чувствительной начинки. Если планируется оставлять магнитный компас на длительное время хранения, то его поверхности покрываются защитной смазкой для консервации. Также проверяется и качество работы осветительных элементов, если они предусматриваются конструкцией. Если к прибору подведены электротехнические соединения для питания вспомогательных рабочих компонентов, нужно оценить и качество изоляции проводки.
Преимущества магнитных моделей компаса
Несмотря на устаревающий принцип действия, такие приборы продолжают использоваться в том же морском транспорте. К их сильным сторонам относят не только высокую точность, но и надежность. К тому же, современные версии приборов обретают все новые свойства и улучшаются в базовых эксплуатационных качествах. Это в первую очередь относится к технико-конструкционной части, ориентирующейся на многолетнюю эксплуатацию. Конечно, и электронные модели обеспечиваются высокопрочными стойкими корпусами, а также имеют компактные размеры. Но магнитный компас в процессе работы не зависит от погодных явлений и энергообеспечения. Единственное условие сохранения надлежащей работоспособности сводится к качественному выполнению настройки с поправкой и техническому обслуживанию.
В заключение
Использование магнита как чувствительного элемента в системах навигации не только не уходит в прошлое, но и обретает новые формы применения. Компас как средство обработки сигналов и демонстрации показаний действительно устаревает, но взамен приходят цифровые приборы. Так, с помощью магнитных датчиков и специальных приложений в современных смартфонах можно определять части света даже без Интернета. В то же время компас без магнитного датчика в мобильном устройстве может работать с подключенной спутниковой связью GPS, но это уже совсем другой принцип действия. Сам же физический корпус прибора продолжает сохранять актуальность в областях, где предъявляются высокие требования к защите устройства. Несколько слоев изоляции, ударопрочное стекло и прорезиненные накладки для удобного хвата - первостепенные качества, на которые обращают внимание путешественники, охотники и штурманы. Очевидно, что в диких и суровых условиях эксплуатации добротный классический компас не может быть заменен ни смартфоном с датчиками, ни другой навигационной электроникой.
Производится размагничивание судна, т. е. компенсация его собственного магнитного поля на глубине защиты, под днищем, и вероятность срабатывания магнитных мин уменьшается.
При включенных размагничивающих обмотках происходит искажение поля в той точке, где располагается магнитный компас, т. е. возникает электромагнитная девиация .
Под влиянием трех составляющих магнитного поля Земли корпус судна приобретает индуктивную намагниченность, которую можно представить тремя векторами: Мx, Мy, Мz (рис. 7.1), причем:
Мх = n1Х = n1Hcosk;
My = n2Y = n2Hsink;
где n1, n2, n3 - коэффициенты, зависящие от материала и размеров корпуса, соответственно.
|
Помимо индуктивного намагничивания, судно обладает также постоянным магнитным моментом, который можно выразить таким же образом - тремя векторами Nx, Ny, Nz, не зависящими ни от курса, ни от широты.
Для компенсации судового магнетизма применяют систему обмоток, которые, охватывая корпус судна, образуют как бы три больших соленоида по трем судовым осям: z, y, х. Обмотки называются: основная 1, батоксная 2 и шпангоутная 3. Они компенсируют намагниченность по соответствующим осям (z, у, х). Каждая обмотка имеет несколько секций, в которых сила тока регулируется в зависимости от изменения курса и широты.
Для уничтожения электромагнитной девиации применяют компенсирующее устройство (КУС), в которое входят электромагнитный компенсатор и регулировочные потенциометры. Электромагнитный компенсатор представляет собой систему из трех взаимно перпендикулярных соленоидов (х, у, z). В каждом соленоиде есть независимые секции витков: постоянная, широтная, курсовая синусная и курсовая косинусная.
Компенсатор устанавливают в верхней части нактоуза под котелком компаса. Секции соленоидов КУС подключают параллельно соответствующим секциям обмоток размагничивания. Силу тока в каждой секции подбирают при начальной регулировке с помощью отдельных потенциометров таким образом, чтобы обеспечить компенсацию в центре компаса сил, обусловленных действием обмоток размагничивания. Процесс начальной регулировки тока в обмотках КУС с одновременным изменением проекций магнитных сил в точке, где находится центр картушки компаса, называется уничтожением электромагнитной девиации. Эту работу выполняют на стоянке на произвольном курсе, близком к четвертному.
Уничтожение электромагнитной девиации выполняется в три этапа.
Первый этап - это компенсация вертикальных магнитных сил. Котелок компаса заменяют судовым инклинатором, работающим в режиме магнитных весов. Вертикальным вспомогательным магнитом устанавливают стрелку инклинатора в горизонтальное положение. Затем, не снимая инклинатора, включают постоянные секции всех обмоток размагничивания. При этом появляются три силы: горизонтальные - Pэ, Qэ и вертикальная - Rэ. Горизонтальные силы Pэ и Qэ не оказывают влияния на инклинатор, а вертикальная составляющая Rэ выведет стрелку инклинатора из горизонтального положения. Регулировкой тока в постоянной секции z - соленоида КУС добиваются, чтобы стрелка инклинатора снова вернулась в горизонтальное положение. Вертикальная составляющая оказывается скомпенсированной.
После этого, не снимая инклинатора и оставляя под током постоянные секции обмоток размагничивания, включают широтную секцию КУС (основной обмотки). Появляется вертикальная сила, которая отклоняет стрелку инклинатора. Регулировкой тока в широтной секции вертикального соленоида КУС добиваются, чтобы стрелка инклинатора снова заняла горизонтальное положение. Вертикальная сила оказывается скомпенсированной.
Второй этап - компенсация продольных сил выполняется с использованием дефлектора, подготовленного для измерения проекций горизонтальных сил (без вспомогательного магнита).
Третий этап - компенсация поперечных магнитных сил. Эту операцию выполняют также с использованием дефлектора и соответствующих потенциометров КУС.
После уничтожения электромагнитной девиации определяют остаточную девиацию и составляют две рабочие таблицы девиации: одну для включенных и другую для выключенных обмоток размагничивания.
На многих судах нет стационарных обмоток размагничивания. Такие суда подвергают периодическому размагничиванию с помощью временных обмоток, сооружаемых из переносного кабеля. Такой способ размагничивания снимает только постоянный магнетизм от твердого судового железа.
8 Устройство и выверки магнитного компаса укпм-м
8.1 Устройство магнитного компаса
Магнитные компасы используются на судах в качестве курсоуказателя, а также для определения места судна в море по пеленгам береговых ориентиров и небесных светил. Компас, используемый для пеленгования и для контроля курса, называется главным . Он устанавливается на верхнем мостике в диаметральной плоскости судна или, как исключение, вблизи нее. Компас, находящийся в рулевой рубке, по показаниям которого рулевой удерживает судно на заданном курсе, называется путевым .
Чувствительный элемент магнитного компаса УКПМ-М (рис.8.1) представляет собой шестистрелочную магнитную систему (рис.8.2), помещенную в котелок с поддерживающей жидкостью. Чувствительный элемент имеет круговую шкалу для отсчета курса судна. Магнитная система со шкалой называется картушкой магнитного компаса, центрируемой при помощи шпильки.
Так как концы стрелок 1 находятся на одной окружности и под заданными углами по отношению к диаметру их магнитной системы, то этим с достаточной для практики точностью достигается автоматическое уничтожение коэффициентов девиации высших порядков. Такое обстоятельство позволяет во всех случаях судовой практики ограничиваться определением остаточной девиации у компаса только на восьми равноотстоящих компасных или магнитных курсах.
Кроме того, таким расположением стрелок достигается еще равенство моментов инерции картушки относительно любой экваториальной оси ее диска с делениями, что исключает беспорядочные колебания самой картушки во время качки судна.
Оправа картушки (рис. 8.2) состоит из поплавка 2 , изготовленного из тонкой листовой латуни с ободком, конуса 7 , снабженного агатовой топкой 3 и крепительным винтом 4 к ней, бумажного диска 5 и опорного диска 6 . Конус 7 служит для того, чтобы картушка могла приобретать на шпильке, ввинченной до отказа в колонку котелка, угол наклона ≤ 12°, не касаясь этой колонки.
Бумажный диск 5 разбит на 360° через 1°, причем цифрами обозначены десятки градусов, начиная от 0°. Латинскими буквами обозначены главные и четвертные румбы.
Котелок компаса с жидкостью, в которой находится картушка, установлен в кардановом подвесе в верхней части нактоуза, предназначенного для подвеса магнитного компаса и размещения девиационного прибора. Нактоуз крепится к верхней палубе и, как правило, располагается в диаметральной плоскости судна. Такое его расположение обеспечивает наиболее благоприятные магнитные условия для работы магнитного компаса. На боковой стенке котелка имеется отверстие, закрываемое винтовой пробкой. Через указанное отверстие котелок заполняется поддерживающей жидкостью (водным раствором этилового спирта крепостью 43º), не замерзающей до -26º. При наличии в основной камере котелка воздушных пузырей, необходимо их удалить. Для этого котелок компаса аккуратно переворачивают стеклянной крышкой вниз и покачивают вокруг горизонтальной оси или, убрав из чашки с грузом патрон электрической лампочки, несколько раз слегка нажимают на пробку диафрагмы. Если эти меры не дают желаемого результата, то следует долить в котелок некоторое количество компасной жидкости.
8.2 Выверки магнитного компаса
Проверка работоспособности магнитного чувствительного элемента (МЧЭ) - это определение погрешности от трения в опоре картушки компаса - определение застоя картушки. Картушку отклоняют на небольшой угол, воздействуя на нее каким-либо магнитом. После того, как магнит будет убран, она должна вернуться на первоначальный отсчет. При наличии застоя картушка установится в другом положении. Разность отсчетов характеризует величину застоя.
Для увеличения точности определения угла застоя отсчеты по картушке берут через призму пеленгатора. Работу выполняют в приведенной далее последовательности:
Устанавливают пеленгатор на отсчет 0° по азимутальному кругу и поворачивают нактоуз компаса так, чтобы под призмой пеленгатора оказался отсчет 180° (S ) картушки.
Воздействуя небольшим магнитом, отклоняют картушку на 2 - 3 градуса, убирают магнит и, после того, как картушка успокоится, снимают отсчет под призмой пеленгатора (с точностью до 0,2°); процедуру повторяют несколько раз;
Находят угол застоя как среднюю разность отсчетов по сравнению с первоначальным значением - 180°.
Застой картушки считается нормальным, если угол застоя не превышает ±0,2°. При большем застое необходимо заточить или заменить шпильку компаса.
Нить предметной мишени пеленгатора не должна иметь слабины и изгибов. Если она не удовлетворяет этим требованиям, то ее следует заменить, взяв запасную нить из комплекта дефлектора.
Нить предметной мишени должна располагаться в вертикальной плоскости. Выверку положения мишени выполняют путем пеленгования отвеса, расположенного на расстоянии 3 - 4 м от компаса. Если мишень имеет наклон, нужно отдать винты, крепящие ее к основанию пеленгатора, и подложить под соответствующую лапку прокладку из фольги.
Глазная мишень должна быть вертикальна и находиться в визирной плоскости пеленгатора. Нижняя грань призмы глазной мишени должна лежать в горизонтальной плоскости. Проверка призмы глазной мишени производится при положении пеленгатора на отсчете 180° азимутального круга котелка. Глазную мишень слегка наклоняют вперед и наблюдают одновременно нить предметной мишени и видимую в призме носовую курсовую нить, которые должны лежать на одной вертикали. Неправильное положение призмы заключается в том, что курсовая черта располагается не вертикально, а под некоторым углом к нити предметной мишени. Для устранения этой погрешности необходимо так повернуть призму вокруг продольно-горизонтальной оси, чтобы ось носовой курсовой черты, видимой в призму, составляла продолжение оси нити предметной мишени.
| Рис.2.4 |
Имеются компасы, в которых вместо стержневых магнитов используется один кольцевой. Это позволяет улучшить динамику картушки МК и снизить уровень девиации высших порядков. Кроме того, снижается трудоемкость изготовления компаса за счет упрощения операций балансировки картушки и исключения необходимости проверок магнитов-стрелок.
Устанавливается картушка на шпильку 10 таким образом, чтобы точка опоры находилась выше её центра масс, что делает подвес устойчивым при наличии внешних возмущающих воздействий, порождаемых, например, качкой судна. В отдельных МК, например, КМ-145 используется обращенная схема подвеса, в которой шпилька связана с картушкой, а топка, в которую она упирается, с котелком. Это менее удачная конструкция так как осложняет процесс замены шпильки в судовых условиях. В модернизированном варианте компаса КМ 145 вернулись к схеме, представленной на рис. 2.4 .
Для снижения давления картушки на опорную шпильку она снабжается поплавком 7 . На верхней плоскости картушки размещается курсовая шкала 5 .
В котелок 9 , куда помещена картушка, заливается морозостойкая жидкость. Эта жидкость должна полностью заполнять его объём. Однако в силу различных причин под стеклом котелка могут образовываться воздушные пузырьки, мешающие снимать информацию с компаса. Для удаления этих пузырьков по периметру котелка установлена перегородка 2 ,выделяющая некоторый объём 3 , заполненный воздухом, в который и перемещаются пузырьки при покачивании котелка компаса. Эта же полость используется для компенсации изменения объема жидкости при изменении ее температуры. Имеются и иные конструктивные варианты решения указанной задачи.
Котелок компаса устанавливается с помощью подшипников в кольце подвеса 4 , которое так же с помощью подшипников монтируется в нактоузе МК. В результате образуется карданов подвес. К нижней части котелка крепится груз 12 , благодаря чему его центр масс смещается вниз относительно оси подвеса, обеспечивая, тем самым, его повышенную устойчивость при наличии качки судна. Здесь же устанавливается индукционный датчик 11 , измеряющий углы поворота картушки, если МК
имеет систему дистанционной передачи информации. В верхней части котелка имеется азимутальная шкала 8 , с помощью которой измеряются курсовые углы ориентиров.
Верхняя часть нактоуза может поворачиваться относительно его нижней части вместе с котелком. Кроме того, сам котелок можно разворачивать относительно верхней части нактоуза. В качестве примера на рис. 2.5 показана верхняя часть нактоуза МК “Сектор”. Здесь, котелок 1 совместно с кардановым подвесом установлен в нактоузе 2 с помощью пружин 6 , предохраняющих его от влияния вибрации и ударов. Котелок снабжен пеленгатором 3 . С помощью шкал 4 и 5 измеряются курс судна и курсовые углы ориентиров, соответственно. Как уже было указано выше, бруски 7 и 8 используются для компенсации девиации МК.
| Рис. 2.7 |
| Рис. 2.6 |
В упомянутых ранее компасах “Галс” (рис. 2.7) для маломерных судов картушка 2 , включающая в себя два магнита 1 , не имеет поплавка. Шкалы с ценой деления 5 0 нанесены на ее внешней горизонтальной 3 и боковой цилиндрической 4 поверхностях. Элементы опорного устройства, входящие в состав картушки, включают в себя корундовый подпятник и коническую деталь 2, предохраняющую ее от боковых перемещений. В корпус картушки вставлен упор-указатель 5 , с шариком на свободном конце, служащий для предотвращения ее вертикального перемещения и одновременно выполняющий роль указателя крена и дифферента судна. Последнее возможно потому, что картушка обладает свойствами физического маятника.
| Рис.2.9 |
Рабочая камера котелка закрыта сверху полусферической прозрачной крышкой 3 и полностью заполнена жидкостью ПМС-5. Вследствие этого возникает увеличение изображения шкалы и ее видимый диаметр возрастает до 160 мм.
В нижней стенке корпуса имеется отверстие 7
, соединяющее рабочую и компенсационную камеры. В компенсационной камере воздушный объем отделен от жидкости эластичной диафрагмой 5. Колебания жидкости, вызванные механическими воздействиями на компас, гасятся чашкой 9
и экраном 10
. В центре дна котелка имеется отверстие, закрытое пробкой 8
, для заполнения котелка жидкостью. Ко дну котелка может крепиться девиационный прибор.
На рис. 2.10 представлен общий вид прибора КМС-160. Здесь 1 – сферическое стекло, 2 – компенсаторы девиации, 3 – нактоуз.
Качество работы МК существенно зависит от динамических характеристик его картушки, которые определяются параметрами собственного и вынужденного ее движений. Рассмотрим основные из этих параметров.
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 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.
