95. Какие вы знаете типы компасов?

МАГНИТНЫЕ КОМПАСЫ

Морские магнитные компасы — основные навигационные, приборы (несмотря на наличие гирокомпасов), которые служат для определения курса судна и направлений на береговые предметы и небесные светила. По компасу можно также определить приближенное направление ветра и дрейфа судна.

Магнитные компасы просты по устройству и в то же время безотказны в работе. Они не связаны ни с источниками энергии, ни с какими-либо другими приборами, и к тому же их стоимость относительно небольшая. Все морские суда снабжаются магнитными компасами, независимо от наличия на них гирокомпасов.

Магнитный компас работает на основе свойства намагниченной стрелки располагаться своей осью вдоль магнитных силовых линий магнитного поля Земли; следовательно, стрелка компаса должна показывать направление магнитного меридиана в данной точке на поверхности Земли. В связи с тем что на магнитную стрелку компаса, установленного на судне, действуют магнитные поля Земли и судового железа, ось магнитной стрелки или линия NS картушки магнитного компаса располагается в плоскости компасного меридиана.

По назначению морские магнитные компасы делятся на главные и путевые.

Главный магнитный компас, как об этом говорит само название, является наиболее важным навигационным прибором, который обычно устанавливают на верхнем мостике в диаметральной плоскости судна в возможной удаленности от влияния судового железа, что обеспечивает наиболее оптимальные условия работы компаса. По главному компасу судоводитель назначает заданный курс, проверяет показания путевого компаса и г ирокомпаса, пеленгует береговые объекты для определения места.

Путевой магнитный компас служит как указатель курса и, как правило, устанавливается в рулевой рубке перед рулевым.

В настоящее время все отечественные суда снабжаются 127-миллиметровым морским магнитным компасом. Он обладает достаточной точностью и надежностью показаний, прост в использовании, обслуживании и ремонте.

Морской магнитный 127-миллиметровый компас (рис. 15) состоит из следующих основных частей: защитного колпака 1, котелка 2 с картушкой, пеленгатора 3, нактоуза 4 и девиационного прибора 5.

Картушка (рис. 16) является главной частью компаса и состоит из системы магнитных стрелок 5, поплавка с латунным ободком 2,агатовой топки 3, винта 4 для крепления топки, диска 1 со шкалой, разбитой на румбы и градусы.

Магнитная система картушки собрана из шести стрелок круглого сечения диаметром, равным 2,5 мм. Стрелки делаются попарно одинаковыми по длине, чтобы концы всех стрелок находились на одной окружности. Для предохранения от ржавчины магнитные стрелки помещают в герметически запаянные медные пенальчики. Поплавок изготавливают из тонкой листовой латуни, он имеет форму полусферы. Обладая запасом плавучести, он значительно уменьшает массу картушки в .компасной жидкости, а следовательно и давление картушки на поддерживающую ее шпильку. Масса картушки в компасной жидкости равна 4±0,5 г, а в воздухе —105 г. Топку изготовляют цилиндрической формы из агата. Снизу в топке делают углубление, которым она надевается на острие компасной шпильки. Топка крепится винтом в сквозном отверстии поплавка. В нижней части отверстие имеет расширение для того, чтобы картушка могла наклоняться при качке судна. Диск изготовляют из тонкой листовой слюды и на него наклеивают бумажную градуированную шкалу.

К отелок (рис. 17) представляет собой латунный цилиндрический резервуар, разделенный внутри горизонтальной переборкой на две камеры и заполненный компасной жидкостью. В верхней основной камере 1установлена конусовидная латунная колонка 2 с компасной шпилькой 3, на которую надевается своей топкой картушка. На верхний конец шпильки напаивают кусочек очень прочного металла — ирридия или стеллита. Внутри верхней камеры установлены носовая и кормовая курсовая нити 4 из вычерненной латунной проволоки. При установке котелка на судне они должны располагаться в диаметральной плоскости судна. Носовая курсовая нить является индексом для отсчета курса судна.

Нижняя, или дополнительная, камера 5 служит для компенсации объема компасной жидкости при изменении температуры. Верхняя камера соединена с нижним отверстием, через которое перетекает компасная жидкость при ее сжатии или расширении. Дном нижней камеры является гибкая из гофрированной латуни диафрагма 6.

Изменение объема в основной камере компенсируется изменением объема с помощью диафрагмы в дополнительной камере, В среднюю часть диафрагмы вставлено стекло 7, толщиной 5 мм.

Находящаяся в донной части котелка электрическая лампочка 8 освещает в темное время суток через это стекло картушку компаса. Котелок закрыт толстым зеркальным стеклом 9, диаметром 177 мм и толщиной 5,5 мм, установленным на резиновой прокладке. Стекло крепится латунным азимутальным кольцом 10, на котором нанесена шкала (от 0 до 360°) для определения при помощи пеленгатора курсовых углов. Нулевое деление шкалы азимутального круга обращено к корме и сдвинуто относительно диаметральной плоскости судна на угол 30°, по часовой стрелке. Это связано с тем, что индекс пеленгатора также сдвинут на 30° из-за предметной и глазной мишеней, закрывающих деления азимутальной шкалы. Котелок помещен в кардановое кольцо для сохранения горизонтального положения во время качки. Снизу к корпусу котелка крепится латунная чашка со свинцовым грузом-поддоном 11. Груз служит для понижения центра тяжести котелка и уменьшения его колебаний во время качки судна.

Компасная жидкость доливается в котелок через специальное отверстие в его боковой стенке. Для хранения и транспортировки котелка в комплекте компаса имеется специальный ящик.

Нактоуз (см. рис. 15) предназначен для установки котелка компаса и девиационного прибора. Изготовляется из сплава кремния с алюминием (силумина). Состоит нактоуз из корпуса, нижнего и верхнего оснований, амортизирующего подвеса, девиационного прибора и защитного колпака. Корпусом является полый цилиндр, опирающийся на фланцевидное основание с отверстиями для крепления нактоуза к палубе судна. У верхнего основания, которое может поворачиваться (для этого надо отдать гайки болтов, которыми оно крепится к корпусу), имеется цилиндрическая шейка, внутри которой находится амортизирующий подвес (для уменьшения действия вибрации на котелок компаса), состоящий из массивного металлического кольца и двух гнезд для осей карданова кольца котелка. Верхнее основание может поворачиваться на 12° в ту и другую сторону, для чего надо отдать четыре болта, крепящие основание к корпусу, и повернуть его.

Девиационный прибор (см. рис. 15) помещается внутри корпуса нактоуза. Основная часть прибора — вертикальная латунная труба с двумя вертикальными пазами, один из которых расположен  в продольной, а другой — в поперечной плоскости компаса. В эти пазы устанавливаются две каретки с магнитами-уничтожителями. В одной каретке размещаются продольные, а в другой поперечные магниты. Подбирая соответствующие по величине магниты и перемещая каретки вверх и вниз по трубе, добиваются, чтобы их воздействие на стрелки компаса было равно и противоположно воздействию магнитного поля судового железа. Таким образом производится уничтожение девиации. Внутри девиационной трубы на тросике подвешивается креповой магнит, предназначенный для уничтожения креновой девиации.

З ащитный колпак (см рис. 15) служит для предохранения от механических повреждений котелка компаса, установленного в нактоузе. В колпаке имеется два окна, через которые можно производить отсчет курса, не снимая колпака с нактоуза.

Пеленгатор (рис. 18) служит для определения пеленгов и курсовых углов. Основанием 1 пеленгатора служит латунное кольцо с заплечиками для удержания его на азимутальном кольце компаса. На основании прикреплены глазная мишень 5 с узкой прорезью и светофильтрами 4 (для прямого пеленгования Солнца) и предметная мишень 2 с нитью. В нижней части глазной мишени имеется трехгранная призма, позволяющая снимать отсчеты пеленгов. В центре основания пеленгатора расположена съемная чаша 3 для установки дефлектора — прибора, служащего для измерения магнитных сил, действующих на магнитную систему компаса (при уничтожении девиации).

По магнитному компасу определяют: компасный курс судна, компасный пеленг, курсовые углы, направления ветра и т. д. Для снятия отсчета компасного курса к компасу подходят со стороны кормы и замечают деление картушки, приходящееся против носовой курсовой черты. Точность отсчета курса составляет 0,2°. При плавании в штормовую погоду, когда судно рыскает и отсчет против курсовой черты постоянно меняется, за курс принимается средний из двух крайних отсчетов.

При взятии пеленга какого-либо предмета пеленгатор поворачивают так, чтобы нить предметной мишени проходила посередине пеленгуемого предмета и прорези глазной мишени. В момент совмещения замечают отсчет пеленга под призмой пеленгатора. Снятый отсчет является обратным компасным пеленгом (ОКП), так как он показывает направление от предмета на судно и отличается от компасного пеленга на 180°. Компасный пеленг рассчитывают по формуле

КП = ОКП ± 180°

Е сли ОКП<180°, то берется знак «плюс» (+), если ОКП>180° — знак «минус» (—).

Для определения курсовых углов так же, как и при пеленговании, пеленгатор наводят на наблюдаемый предмет, а отсчет курсового угла снимают с азимутального круга против индекса у глазной мишени пеленгатора.

Магнитный компас, как и другие навигационные приборы, нуждается в тщательном уходе. Котелок компаса следует оберегать от резких -толчков. Его необходимо протирать мягкой чистой ветошью. Азимутальное кольцо и острия осей карданова подвеса смазывают тонким слоем технического вазелина. Все части компаса необходимо содержать в чистоте. Когда главный компас не используется, он должен быть закрыт защитным колпаком. При стоянке в порту на него надевают парусиновый чехол. Совершенно недопустимо какое-либо передвижение специального девиационного железа и магнитов. Внутри нактоуза нельзя хранить посторонние предметы.

На судне вследствие отсутствия необходимых условий разбирать компас не разрешается. Поэтому в судовых условиях обычно ограничиваются проверкой картушки на застой, и заменой, если потребуется, компасной шпильки, и проверкой пеленгатора.

Морской магнитный 75-миллиметровый (шлюпочный) компас (рис. 19) состоит из картушки, котелка, футляра, осветительного устройства и визира.

Картушка состоит из двух магнитных компасных стрелок в латунных пеналах, поплавка, топки и диска со шкалой.

К отелок по устройству подобен котелку 127-миллиметрового компаса и состоит из двух камер, сообщающихся между собой и заполненных водным раствором этилового спирта. В верхней, основной, камере помещается на шпильке картушка. У носовой и кормовой стенок основной камеры соответственно расположены курсовые нити. Котелок на кардановом подвесе помещен в коробку, закрывающуюся защитным колпаком с застекленным вырезом. С правой боковой стенки колпака имеется прилив, служащий для помещения осветительного масляного фонаря, а к задней стенке приделан угольник для подвешивания компаса в шлюпке.

Компасы с оптической системой передачи показаний являются наиболее простыми среди дистанционных магнитных компасов. Основное их достоинство заключается в том, что чувствительный элемент компаса может быть помещен в любом наиболее благоприятном для его работы месте, а репитеры могут быть вынесены всюду, где они нужны. Устройство компаса КМО-Т (компас магнитный оптический для транспортных судов) аналогично в принципе устройству 127-миллиметрового магнитного компаса. На рис. 20 дан общий вид компаса КМО-Т, где 1 и 2 -верхняя и нижняя крышки нактоуза, 3—неподвижная часть трубы, 4 — верхняя часть выдвижной трубы и 5 — нижняя часть трубы.

Основное его отличие заключается в оптической системе компаса, называемой оптическим трактом (рис. 21), который служат для дистанционной передачи курса и со стоит из картушки 1, защитного стекла 2, верхней 3 и нижней 4 линз, обогревного устройства (стекла) 5, трубы оптической системы 6, зеркала 7 и нактоуза 8. На зеркало с помощью линз проектируется обратная сторона шкалы картушки и курсовой индекс. Обогревное устройство предназначено для предотвращения отпотевания и обмерзания линз и защитного стекла. Детали оптической системы расположены частично в нактоузе, устанавливаемом на верхнем мостике, частично в специальной трубе компаса, проходящей через палубу в рулевую рубку. Недостатком компасов с оптической передачей является то, что изображение картушки не может быть передано на несколько репитеров.

ПУТЕВОЙ КОМПАС

Выбирая путевой компас, прежде всего необходимо убедиться, что компас в хорошем состоянии. Брать надо такой, у которого самая большая картушка, самая четкая маркировка и есть подсветка, чтобы им можно было пользоваться ночью. Разместить компас лучше всего прямо перед рулевым, а не сбоку от него. Расстояние между двигателем и компасом должно быть не менее 2 м, и все стальные предметы необходимо убрать подальше от компаса. Если яхта со штурвалом, компас обычно устанавливают перед ним на подставке (нактоузе) под колпаком. Если яхта управляется румпелем, лучше иметь два компаса, расположенных на переборке, так чтобы всегда один из них был у рулевого перед глазами, на каком бы борту он ни находился. Удерживать яхту на курсе можно также при помощи компаса с сеткой, добиваясь параллельности линий. В этом случае компас должен быть установлен так, чтобы цифры на его шкале не искажались, даже если рулевой будет смотреть на компас под углом.

Такой компас устанавливают на переборке. Курсовая черта должна быть параллельна ДП яхты

Н актоузный компас

Большая стеклянная купол-линза зрительно увеличивает картушку и облегчает считывание показаний. Обычно его устанавливают на подставке (нактоузе) прямо перед штурвалом. Универсальный компас Его необязательно устанавливать прямо перед рулевым. Добиваясь параллельности линий, нанесенных на картушке и на стекле, яхту удерживают на нужном курсе.

 (На фото показан компас фирмы Plastimo "Olimpic-135". К сожалению, со времени издания книги Боба Бонда "Справочник яхтсмена", которую мы использовали в качестве источника материала для многих разделов, прошло много времени. Поэтому мы будем добавлять описание самых современных приборов, а также по возможности, их стоимость и сведения, как их можно приобрести.)

 Ручные компасы-пеленгаторы.

Р учной компас-пеленгатор штурман использует, когда нужно взять пеленг на объект. Для облегчения работы ночью у компаса должна быть подсветка. 

 

Традиционный ручной компас-пеленгатор

Сверху компаса находится призма с V-образной прорезью

  Компасы традиционных типов имеют рукоятку. На котелке сверху установлена призма, позволяющая считывать показания компаса, когда его  держат на уровне глаз. Обычно на призме есть V-образная прорезь, а на картушке внизу - деления от 0 до 359°. Когда прорезь на призме совпадает с направлением на объект, через призму считывают показания пеленга. При взятии пеленга компас подобного типа следует держать на расстоянии вытянутой руки. Компасы-пеленгаторы новых типов можно держать непосредственно у глаза, при этом объект и картушка компаса видны одновременно, хотя глаз сфокусирован на большее расстояние.

Одно из последних достижении в этой области - полностью автоматизированный ручной компас-пеленгатор с электронным устройством, которое ориентируется по магнитному полю и быстро выдает цифровой результат на индикаторе.

 

М ини-компас

Этот маленький компактный компас с визиром можно держать близко к глазу при взятии пеленга

 

Э лектронный ручной компас-пеленгатор

Имеет электронное устройство, которое реагирует на изменение магнитного поля

(Устаревшее)

ГИРОКОМПАСЫ

Гирокомпас является навигационным гироскопическим прибором, служащим для указания направлений в море. Основным элементом всех навигационных гироскопических приборов, применяемых для указания направлений в море, является гироскоп.

Гироскопом называется тело, вращающееся с большой скоростью вокруг своей оси симметрии и подвешенное так, что ось, вокруг которой происходит вращение, может изменять свое положение в пространстве. Гироскоп представляет собой массивный диск, который приводится во вращение электрическим путем, являясь ротором электродвигателя. Гироскоп (рис. 25), подвешенный в кардановых кольцах, может поворачиваться вокруг трех взаимно перпендикулярных и пересекающихся в одной точке осей: х — ось вращения самого гироскопа, или главная ось, у — ось вращения внутреннего кольца, z — ось вращения наружного кольца подвеса. Углы поворота гироскопа вокруг осей вращения будут координатами, определяющими положение гироскопа в пространстве. При всех возможных поворотах гироскопа около указанных осей неподвижной остается только одна его точка О, в которой эти оси пересекаются. Эту точку называют точкой подвеса гироскопа.

Г ироскоп, у которого возможны вращения вокруг трех указанных осей, называется гироскопом с тремя степенями свободы. Гироскоп, обладающий тремя степенями свободы, у которого центр тяжести совпадает с точкой подвеса и не подверженный действию моментов внешних сил, называют свободным гироскопом.

Хотя до сих пор свободный гироскоп практически не создан, современные гироскопы имеют настолько малые силы трения в подвесе, что по своим свойствам приближаются к свободному гироскопу.

На гироскоп, вращающийся с большой скоростью вокруг главной оси х, существенно не повлияет поворот основания карданового подвеса. Следовательно, направление, которое было придано главной оси гироскопа при его запуске, останется постоянным в пространстве. Это первое и основное свойство гироскопа иногда называют «устойчивостью» главной оси свободного гироскопа. Чем больше угловая скорость и масса ротора, тем сильнее выражено его свойство сохранять неизменным первоначальное направление своей оси в' пространстве. Используя свободный гироскоп, можно проследить за суточным вращением Земли вокруг своей оси. В связи с тем что ось свободного гироскопа сохраняет неизменным свое первоначальное направление в пространстве, а Земля вращается, наблюдатель сможет увидеть, что ось гироскопа поворачивается относительно Земли. Если главную ось свободного гироскопа направить на какую-либо звезду, то ось гироскопа, сохраняя направление на звезду неизменным, будет вместе с ней изменять свое положение, поскольку плоскости меридиана наблюдателя и истинного горизонта вращаются вместе с Землей. Измерение положения главной оси гироскопа относительно меридиана и горизонта называетсявидимым д вижением.

Теперь приложим к свободному гироскопу постоянную силу F, которая будет стремиться повернуть его вокруг горизонтальной оси уу (рис. 26). Однако гироскоп не будет поворачиваться вокруг оси уу, а начнет поворачиваться вокруг оси zz в направлении, показанном стрелкой. Приложив к гироскопу силу, стремящуюся повернуть его вокруг вертикальной оси zz,увидим, что гироскоп начнет поворачиваться вокруг горизонтальной оси уу. Таким образом под действием приложенной постоянной силы главная ось гироскопа будет поворачиваться не в направлении приложенной силы (как это было бы в случае невращающегося гироскопа), а будет поворачиваться в плоскости, перпендикулярной линии действия силы. Такое движение гироскопа называется прецессией и является вторым свойством гироскопа.

Прецессионное движение прекращается сразу же после окончания действия силы. Поэтому различные толчки и удары, которые передаются от корпуса судна на гирокомпас, вызывают прецессию гироскопа только в течение своего действия, а так как оно кратковременно, то ось гироскопа практически остается в меридиане. Следовательно, толчки и удары не оказывают на гирокомпас почти никакого влияния. Свободный гироскоп не может быть использован как курсоуказатель, потому что его ось непрерывно уходит от меридиана и одновременно наклоняется к плоскости горизонта.

Для превращения свободного гироскопа в гирокомпас используется свойство прецессии. Гироскопу необходимо сообщить направляющий момент, который удерживал бы его главную ось в плоскости меридиана так же, как магнитный момент стрелок магнитного компаса удерживает картушку компаса в п лоскости компасного меридиана.

Лишив гироскоп возможности поворачиваться вокруг оси уу, мы получим вместо свободного гироскопа связанный. В этом случае гироскоп будет вынужден поворачиваться вместе с Землей вокруг оси уу, иными словами совершать вынужденную прецессию. Следовательно, в теле ротора гироскопа появится вращающий момент, который заставит гироскоп повернуться вокруг оси так, чтобы его главная ось совместилась с меридианом наблюдателя.

Подвесим к нижней части гирокамеры гироскопа груз (рис. 27), в результате чего центр тяжести G гирокамеры окажется смещенным относительно точки подвеса О. Допустим, что гироскоп находится на экваторе, главная ось гироскопа хх в данный момент горизонтальна и выведена из меридиана на угол, равный 90°, т. е. расположена в направлении линии O^stW (рис. 28).

В этом положении момент силы тяжести р относительно точки подвеса О, называемый маятниковым моментом, равен нулю, так как направление силы тяжести проходит через точку подвеса. Затем вследствие вращения Земли плоскость истинного горизонга повернется на некоторый угол β (восточная половина горизонта опустится), а ось хх, сохраняя первоначальное направление, составит с горизонтом также угол β. При этом сила тяжести р, направленная всегда по отвесной линии, создаст момент относительно оси уу, под действием которого гироскоп начнет совершать прецессионное движение вокруг оси zz к меридиану, и его ась в конечном итоге установится в меридиане. Такой гироскоп с пониженным центром тяжести становится указателем меридиана, т. е. чувствительным элементом гирокомпаса. Однако после того как гироскоп прецессионным движением устанавливается в плоскости меридиана, его главная ось будет совершать незатухающие колебания вокруг истинного меридиана; таким прибором пользоваться нельзя. Чтобы г ирокомпасом можно было пользоваться в судовождении, необходимо, чтобы главная ось чувствительного элемента постоянно находилась в плоскости меридиана. Для приведения гирокомпаса в меридиан, т. е. для гашения незатухающих колебаний, имеется специальное устройство — жидкостный успокоитель.

У гирокомпаса, как и у всякого прибора, имеются погрешности, которые делятся на три категории: конструктивные, инструментальные и ошибки наблюдателя. Вследствие наличия погрешностей гирокомпаса гирокомпасный меридиан не совпадает с истинным меридианом на угол, называемый общей поправкой гирокомпаса — ∆ГК. В связи с тем, что общая поправка не является величиной постоянной, судоводитель обязан систематически определять общую поправку гирокомпаса навигационными, астрономическими и радионавигационными способами.

Рассмотрим основные узлы гирокомпаса типа «Курс», устанавливаемого на судах морского флота. Главным прибором гирокомпаса является основной компас (рис. 29), в котором расположены чувствительный элемент — гиросфера, следящая сфера, внешние или неподвижные части гирокомпаса.

Гиросфера (рис. 30) предназначена для определения линии NS, которая указывает гирокомпасный меридиан. Гиросфера представляет собой герметическую сферу, внутри которой расположены два гиромотора, жидкостный успокоитель, реле выключателя затухания и катушка электромагнитного дутья. Корпус гиросферы состоит из двух латунных полусфер, облицованных снаружи эбонитом. Гироскопы или гиромоторы являются трехфазными электрическими двигателями с частотой вращения 20000 об/мин. Гиромоторы установлены на специальном кронштейне, который крепится к нижней полусфере.

Жидкостный успокоитель служит для гашения незатухающих колебаний ч увствительного элемента.

Катушка электромагнитного дутья уложена в нижней части гиросферы. При прохождении тока, вокруг катушки образуются переменные магнитные поля, которые препятствуют опусканию гиросферы, поддерживая гиросферу на плаву в центре следящей сферы. Центр тяжести гиросферы ниже ее геометрического центра примерно на 6 мм. Диаметр гиросферы равен 252 мм. Для подводки электрического питания к гиросфере на ее поверхности имеются графитно-эбонитовые электроды: два полярных, широкий экваториальный полупояс, четыре узких и небольшой круглый электрод на экваторе гиросферы. Гиросфера помещается в следящую сферу и вместе с ней полностью погружается в поддерживающую токопроводящую жидкость, налитую в резервуар. Следящая сфера негерметична, и гиросфера плавает в ней.

Поддерживающая жидкость представляет собою смесь дистиллированной воды, глицерина, буры и формалина. Следящая сфера (рис. 31) служит для обеспечения подвеса чувствительного элемента и подведения к нему электрического питания. Она состоит из двух алюминиевых 3 и 6 чаш, держателя 1 со стержнями 2, двух токопроводящих колец 4 с электродами, эбонитовых колодок 5 и смотровых застекленных окон 7, служащих для наблюдения за гиросферой. Составной частью следящей системы является азимут-мотор, который служит для согласования следящей сферы с гиросферой.

К внешним или неподвижным частям гирокомпаса относятся нактоуз с кардановым подвесом, резервуар с поддерживающей жидкостью, «стол» с приборами системы охлаждения, контрольными приборами и корректором скоростной погрешности. Питание гирокомпаса осуществляется специальным агрегатом-преобразователем.

Гирокомпас по сравнению с магнитным компасом обладает следующими преимуществами: магнитные поля не влияют на работу гирокомпаса и поправка его постоянна на всех курсах; он более устойчив в меридиане; его можно использовать для подключения необходимого числа репитеров и других приборов; он обеспечивает более точное указание курса. Основной недостаток гирокомпаса — сложность конструкции и потребность в электрическом токе.