Магнитный компас

Магнитные и гироскопические датчики курса (гирополукомпасы). Погрешности измерителей курса и способы их устранения.

Краткие сведения о земном магнетизме. Методы измерения курса.

Земля представляет собой естественный магнит, вокруг которого существует магнитное поле. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими и располагаются не на поверхности Земли, а на некоторой глубине.

Условно принимают, что северный магнитный полюс, расположенный в северной части Канады, обладает южным магнетизмом, т. е. притягивает северный конец магнитной стрелки, а южный магнитный полюс, расположенный в Антарктиде, обладает северным магнетизмом, т. е. притягивает к себе южный конец магнитной стрелки.

Свободно подвешенная магнитная стрелка устанавливается вдоль магнитных силовых линий.

Магнитное поле Земли в каждой точке характеризуется вектором напряженности Т измеряемой в эрстедах.

Угол между горизонтальной плоскостью и вектором Т называется магнитным наклонением и обозначается буквой θ.

Угол между географическим меридианом и проекцией вектора Т на горизонтальную плоскость называется магнитным склонением Δ_М.

θ и Δ_М измеряются в градусах.

X

θ

O

Y

Z

К центру Земли

Географический меридиан

Геомагнитный меридиан

Географическая параллель

H_T

Δм_M

Рис. 2. Элементы земного магнетизма

Полная напряженность магнитного поля может быть разложена на составляющие: вертикальную Z, направленную к центру Земли, и горизонтальную H, расположенную в плоскости истинного горизонта (Рис. 2).

H = T cosθ,

Z = T sinθ

Сила Н направлена по горизонту вдоль меридиана и является единственной силой, удерживающей магнитную стрелку в направлении магнитного меридиана.

С увеличением широты места вертикальная составляющая Z. изменяется от нуля (на экваторе) до максимального значения (на полюсе), а горизонтальная составляющая Н соответственно изменяется от максимального значения до нуля. Поэтому в полярных районах магнитные компасы работают неустойчиво, что ограничивает, а порой и исключает их применение.

Вывод: магнитное поле Земли в каждой точке характеризуется вектором напряженности Т измеряемой в эрстедах, наклонением q и склонением Δ_М которые измеряются в градусах. Полная напряженность магнитного поля может быть разложена на составляющие: вертикальную Z (направленную к центру Земли), и горизонтальную H (расположенную в плоскости истинного горизонта).

Методы измерения курса смотри в вопросе 64.

В настоящее время магнитные компасы являются не основными навигационными приборами, однако благодаря одному очень важному достоинству - автономности до сих пор используются в авиации в качестве резервных курсовых приборов.

Современный магнитный компас - это устройство, не требующее никакого электрического питания, имеет весьма небольшие размеры, масса не превышает 200 г.

Рис. 1. Кинематическая схема магнитного компаса: 1—девиационный прибор;

2—корпус; 3— картушка; 4— индекс; 5—поплавок; 6 —магниты; 7—подпятник

Рассмотрим принцип работы авиационного магнитного компаса.

Компас (рис. 1) представляет собой пластмассовый сосуд 2 шарообразной формы, внутри которого находятся два постоянных магнита с одинаково направленными полюсами. Магниты крепятся к поплавку 5, имеющему картушку (шкала) 3, и опираются на подпятник 7, представляющий собой подшипник. Подшипник крепится к корпусу с помощью пружины.

Вертикальный неподвижный индекс 4 служит для отсчета показаний по шкале.

Корпус прибора заполняется вязкой прозрачной жидкостью (лигроином), удельный вес которой подбирается таким образом, чтобы вся подвижная система компаса обладала небольшой отрицательной плавучестью и оказывала минимальное давление на подшипник, уменьшая момент трения в нем. Кроме того, жидкость выполняет роль демпфирующей среды.

Устройство 1 предназначено для устранения девиации компаса (разницы между северным направлением магнитного и компасного меридианов) при помощи дополнительных компенсационных магнитов.

Для учёта погрешностей в показаниях (остаточная девиация) к компасу приложена поправочная таблица, которая закладывается в кассету, закреплённую на профиле остекления кабины пилотов.

Магнитная система компаса, взаимодействуя с магнитным полем Земли, стремится занять направление, параллельное вектору Нт магнитного поля Земли.

Поскольку магнитный компас должен определять направление горизонтальной составляющей Н магнитного поля Земли и его картушка не должна иметь наклонов, то «южный» конец картушки делают тяжелее.

В результате создается момент, компенсирующий в какой-то степени момент, действующий от вертикальной составляющей магнитного поля Земли Z.

Естественно, что таким способом можно компенсировать действие вертикальной составляющей Z далеко не полностью и, например, для северного полушария Земли. В южных широтах компас с утяжеленным «южным» концом картушки будет иметь тенденцию к наклону.

Картушка компаса успокаивается дольше, но зато она меньше подвержена колебаниям, поэтому и ошибка при рысканиях самолета должна быть меньше.

За счет сильных демпфирующих свойств показания компаса при рыскании самолета будут устойчивее.

В то же время при разворотах самолета истинное значение компасного магнитного курса, индицируемое компасом, будет запаздывать по отношению к развороту самолета.

Соотношение между вращающим моментом и моментом демпфирования, выбирают таким образом, чтобы система не обладала большой колебательностью (отсчет показаний компаса будет неудобным) и время прихода к установившемуся значению было минимальным (не запаздывало значительно).

Работает при кренах до 17⁰, собственная девиация до 2,5⁰.

Компасам с подвижными магнитами свойственны большие погрешности из-за трения в опорах магнитной системы, кроме того при разворотах возникают погрешности увлечения, поскольку начинающая вращаться при этом жидкость отклоняет ось магнита от вектора Н.

Дата добавления: 2015-01-03