Компасы

 

 

25 ноября, 2021

Компасы

Компас используется для определения направлений на поверхности земли, т. е. курсов и пеленгов. На борту используются три типа компаса:

  • Гирокомпас
  • Спутниковый компас
  • Магнитный компас

1. Гирокомпас

Сердце гирокомпаса, это быстро вращающийся диск, гироскоп. Свойства гироскопа лежат в основе гирокомпаса.            .

Первая характеристика − свободно подвешенный гироскоп будет сохранять направление своего вращения в пространстве. Когда гироскоп помещен на плоскую поверхность, такую как стол, наблюдатель почувствует, что ось вращения меняется на 15° в час по отношению к комнате. Однако по отношению к пространству он сохраняет свою ориентацию, поскольку Земля повернулась на 15° (=360/24).

Существует множество повседневных примеров эффекта гироскопа, который заставляет вращающееся колесо сопротивляться изменению направления. Например, при вращении дисковой шлифовальной машины будет сопротивление попытке изменить ее ориентацию.

Вторая характеристика заключается в том, что, когда вращающаяся ось гироскопа подвергается воздействию силы, то он не будет менять направление в соответствии с этой силой под углом 90° к оси вращения. Поэтому, когда гироскоп с горизонтальной осью подвергается воздействию вертикально действующей силы, ось вращения меняет направление в горизонтальной плоскости. Этот эффект называется прецессией.

Гироскоп ориентирован на север с помощью силы притяжения земли. Принцип заключается в том, чтобы подвесить груз под горизонтальной осью гироскопа.


 

 Свободный гироскоп будет сохранять свою ориентацию в пространстве по мере вращения земли.
 
  Карты от mapAbility.com
 
Прецессия заставляет гироскоп поворачиваться в направлении, ориентированном на 90° от направления силы

По мере вращения Земли, гироскоп стремится сохранить свое направление в пространстве, поэтому горизонтальная ось имеет свойство приподниматься. Тенденция массы, сохранять свою ориентацию по направлению к центру Земли, прикладывает силу к оси вращения. Сила, направленная вниз на приподнятую часть гироскопа, вызывает прецессию гироскопа, в результате чего, его ориентация следует меридиану. Другими словами, гироскоп начинает ориентироваться на Север.

Процесс ориентации на   Севера довольно медленный. Гироскоп не сразу выравнивается с меридианом и качается из стороны в сторону от него, пока колебания не затухнут. Даже гирокомпас с системой сглаживания колебаний может качаться в течение нескольких часов после запуска.

Ряд производителей разрабатывают гирокомпас с момента его появления в начале 20 века, в результате чего, внедрено множество технических усовершенствований. Поэтому, очень важно ознакомиться с руководством по эксплуатации, чтобы узнать особенности работы каждого компаса.

Существует несколько технических решений для "диска" или "маятника", необходимых для точной ориентации гироскопа на Север, в зависимости от производителя. Один из способов − сообщающиеся сосуды, заполненные маслом или ртутью. Другое решение состоит в том, чтобы подвесить шарик с утяжеленным дном в жидкости внутри контейнера. Шарик плавает в жидкости во внешней капсуле.


Принцип поиска Севера. Вес создает прецессионную силу, чтобы противодействовать тенденции гироскопа поднимать ось вращения по мере вращения Земли. Эта прецессия возвращает гироскоп в ориентацию вдоль меридиана

Настройка гироскопа в современных компасах решается электронным способом. Опять же, у разных производителей разные технические подходы.
Принцип электронного управления заключается в регистрации движений гироскопа датчиками. Они выдают электрические сигналы, которые пропорциональны направлению и размеру движения. После их усиления активируют электромагниты и электродвигатели, которые вызывают прецессию гироскопа. Гирокомпасы с цифровым управлением имеют меньшее время настройки по сравнению с механическими.

    Небольшой гирокомпас, состоящий из корпуса гироскопа, настроек и компасной розы. (Brown. Teledyn)

Гирокомпас с компасной розой, предназначенный для установки у руля. При необходимости могут быть установлены дополнительные ведомые компасы. (Изображение: Raytheon Anschutz GmbH, Германия)

 Изображение: Raytheon Anschutz GmbH, Германия

Гирокомпас содержит:

  • Сенсорная часть − сам гироскоп
  • Электропитание
  • Система управления, которая передает сигналы на компасную розу, ведомые компасы, радар и т. д. Обычно главный компас устанавливается в отдельном помещении, в то время как компасы-ретрансляторы можно найти у руля и на мостике.
  • Система компенсации ошибок. Если она не установлена, то ошибки должны быть исправлены с помощью вычислений

1.1. Гирокомпас: источники ошибок

Ошибка ориентации − вызвана неспособностью выровнять курсовую черту с линией носа и кормы судна. В некоторых компасах это может быть компенсировано электронным способом.
Ошибки передачи − они возникают во время передачи от главного компаса к ведомым. Это стандартная рабочая процедура, необходимо регулярно проверять, все ли компасы показывают один и тот же курс.

1.2. Ошибка скорости (отклонение гироскопа)

Когда судно начинает движение, генерируется ошибка, которая зависит от широты, скорости и курса. Это можно настроить автоматически, если компасу поступает информацией от других приборов. Если это невозможно, то необходимо выполнить ручную регулировку либо путем установки корректора, либо с помощью таблицы коррекции.

Направление компаса на Север слабее в высоких широтах.


1.3. Квадратичная ошибка

Качка задает колебания, которые влияют на силы, создаваемые грузами гирокомпаса. Нет влияния на курс Север/Юг, так как сила маятникового механизма действует вдоль курса, который по меридиану, не создавая ошибки. Хотя гравитационный датчик воздействует на курс Запад/ Восток, эффекты компенсируются и не дают ошибки. Проблемы возникают только на межкординатных курсах (NE, SE, SW, NW).
Установка блока гироскопа глубоко в корабле и близко к центру крена уменьшает эти ошибки.

1.4. Баллистическая ошибка

Внезапное изменение скорости или курса приведет к отклонению оси гироскопа от положения равновесия. Это дает, так называемый, баллистический эффект.
Компасы, имеющие два гироскопа, ориентированные под прямым углом, имеют низкую чувствительность при больших изменениях скорости и курса
Существуют также гирокомпасы, которые соединены с электронным магнитным компасом (Передающий магнитный компас). Это поддерживает систему сигналом курса, если гирокомпас вышел из строя и действует, как сигнал тревоги об отклонении от курса.

1.5. Корректировка

Большинство гирокомпасов имеют устройство для прямой компенсации курса по компасу. Это может быть выполнено вручную или автоматически с использованием сигналов GNSS.

 Панель гирокомпаса Anschutz с возможностью ручного ввода скорости и широты.

Также можно внести исправления из таблиц или рассчитать ошибку по следующей формуле:

Коррекция = [0,0635 (скорость) (cos K)] / (cos Широты)

Таблица отклонений гироскопа. Чтобы рассчитать курс гироскопа для запланированного маршрута, измените знак поправочного коэффициента.

Широта
в °

Север

Юг

Скорость в Kts

Заголовки в °
Значение для коррекции

-

+

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

0 до 20

0

360

180

180

0,3

0,5

0,8

1,0

1,3

1,5

1,8

2,1

2,4

2,6

2,9

15

345

165

195

0,3

0,5

0,8

1,0

1,3

1,4

1,7

2,0

2,3

2,5

2,8

30

330

150

210

0,2

0,4

0,6

0,9

1,1

1,3

1,5

1,8

2,0

2,3

2,5

45

315

135

225

0,2

0,4

0,5

0,7

0,9

1,1

1,3

1,5

1,7

1,9

2,1

60

300

120

240

0,1

0,3

0,4

0,5

0,7

0,8

0,9

1,1

1,2

1,3

1,4

75

285

105

255

0,1

0,2

0,2

0,3

0,4

0,4

0,5

0,5

0,6

0,7

0,8

90

270

90

270

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Характеристики гирокомпаса IMO в условиях эксплуатации

  • При включении в соответствии с инструкциями изготовителя, компас должен устанавливаться в течение шести часов в широтах до 60° при качке с простым равномерным движением любой продолжительности, от одной до пятнадцати секунд, с максимальным углом 5° и максимальным горизонтальным ускорением 0,22 м/с2
  • Регулярная погрешности контрольных точек главного компаса должна находиться в пределах ±1° х секущей широты при общих условиях,  включая колебания магнитного поля, которые могут наблюдаться на судне.

В широтах выше 60°

  • .1 остаточная ошибка в установившемся режиме после поправки на влияние скорости и курса при скорости двадцать узлов не должна превышать ±0,25 х секущей широты;
  • .2 погрешность из-за быстрого изменения скорости в двадцать узлов не должна превышать ±2°;
  • .3 погрешность из-за быстрого изменения курса на 180° при скорости двадцать узлов не должна превышать ±3°;
  • .4 ошибки переходного и установившегося режимов, вызванные качкой, качкой и рысканием судна, при простом равномерном движении любого периода, от шести до пятнадцати секунд, максимальном угле 20°, 10° и 5° соответственно и максимальном горизонтальном ускорении, превышающем 1 м/с2, не должны превышать 1° x секущей широты.

Максимальное расхождение показаний между главным компасом и ведомыми, при всех условиях эксплуатации, не должно превышать ±0,5°.


Возврат к списку