21. Основные теории секстана. Выверки. Опр. Поправки индекса.

Теоретические основы секстана

Секстаном называется угломерный инструмент, построенный на принципе отражательной системы и предназначенный для измерения углов на подвижном основании.

Рис. 37

Принцип измерения углов навигационным секстаном (рис. 37) и основан на законе оптики «угол падения луча равен углу отражения» и теоремы геометрии «внешний угол треугольника равен сумме двух внутренних углов не смежных с ним».

Отражательная система секстана состоит из 2–х зеркал А и В, плоскости которых перпендикулярны плоскости рисунка:

• В – большое (подвижное) зеркало, которое вращается на оси перпендикулярной плоскости рисунка (лимба);

• А – малое (неподвижное) зеркало, причем его левая половина прозрачная для прохождения луча от прямовидимого объекта Г , а правая половина – зеркальная.

 – угол падения (отражения) луча светила (объекта) на большом зеркале В.

 – угол падения (отражения) отраженного луча от большого зеркала В на малое зеркало А.

Измерение угла достигается путем поворота зеркала В до совмещения дважды отраженный луч от объекта З (светило) с прямовидимым лучом от объекта Г (горизонт).

Установим зависимость между измеряемым углом h и углом образованным пересечением плоскостей зеркал  .

Поправка места нуля. Действительное место нуля секстана практически не совпадает с нуль-пунктом лимба вследствие нарушения правильного положения малого и большого зеркал при работе с секстаном.

Рис. 38

На рис. 38 действительное место нуля секстана относительно удаленного объекта (луч света прямовидимый через зеркало А и луч света Г₁ на большое зеркало В параллельны) определяется положением зеркала В (линия 1 – ВМ₀).

Поправкой места нуля i₀ называется разность между нуль-пунктом 0° (360°) и отсчетом места действи-тельного нуля на лимбе М₀.

i_о = 0°(360°) – M_o (71)

Например, на рис. 38 поправка положительная (+ i_o).

Так как при измерении углов отсчет на лимбе секстана (ОС – отсчет секстана) снимается относительно 0°, то действительный угол получим после исправления его поправкой i_о, т. е.

h = OC + i_о. (72)

Поправка за параллакс зеркал. В навигации секстан используется для измерений горизонтальных и вертикальных углов относительно земных ориентиров или измерений высоты светила относительно земного объекта (например, берега или ватерлинии другого судна перекрывающих горизонт под светилом). Так как расстояние между центрами зеркал А и В по вертикали (сторона ВЕ рис. 38) приблизительно равна 5 см., то лучи ПВ и ПА не параллельны и образуют угол у.

Параллаксом зеркал называется угол, под которым видны зеркала А и В со стороны ориентиров.

При совмещении прямовидимого луча П₁ с отраженным от зеркала В лучом П₂ (линия П₁П₂ в окуляре трубы рис. 38) получим начальный отсчет на лимбе М_o (линия ВМ_o). Линии Г₁ прямовидимый (слева) и Г₂ отраженный (справа) горизонты. Угол между ними равен у.

Величина угла у зависит от расстояния ПЕ. Определим расстояние, при котором у < 0,1. Из ПВЕ имеем

tg y = BE / ГЕ, (73)

принимая tg y = у arc 1 получим

(74)

Следовательно, при расстоянии более 1 мили у = 0.

Поправка индекса секстана. Отсчет на лимбе секстана при совмещении прямовидимого и отраженного изображений объекта называется отсчетом индекса Oi.

Поправкой индекса секстанa i называется алгебраическая разность между нуль-пунктом 0°(360°) и отсчетом индекса секстана.

i = 0°(360°) – Oi (75)

Поправка индекса может быть со знаком «+» или «–» и равна сумме поправки места нуля лимба (i_o) и параллакса зеркал (у).

Выверка секстана. При измерении углов в отсчетах секстана (ОС) имеются погрешности, как в отсчете любого механического измерительного прибора. Эти погрешности для секстана возникают из-за нарушения параллельности визирной оси дневной трубы плоскости лимба, перпендикулярности плоскости большого и малого зеркал к плоскости лимба, т. е. параллельность плоскостей зеркал в положении алидады 0°.

Процесс регулировки секстана с целью уменьшения этих ошибок называется выверкой секстана. В комплект секстана входят два диоптра и регулировочный ключ, предназначенные для выполнения выверки секстана.

Выверка секстана выполняется в следующей последовательности:

• параллельность оси дневной трубы плоскости лимба;

• перпендикулярность большого зеркала к плоскости лимба;

• перпендикулярность плоскости малого зеркала к плоскости лимба методом параллельности плоскостей большого и малого зеркал;

• уменьшение поправки индекса секстана – параллельность плоскостей зеркал в положении алидады 0°.

Выверка параллельности оси дневной трубы плоскости лимба. Приблизительная оценка параллельности (проверка необходимости выполнения выверки) выполняется секстаном с дневной трубой и алидадой установленной на отсчет более 30°, причем трубу секстана следует направить ниже горизонта.

Выверка перпендикулярности большого зеркала к плоскости лимба. Эта выверка выполняется в помещении. Секстан без трубы устанавливается горизонтально на ящик секстана. Алидаду поставить на отсчет около 40° и откинуть светофильтры большого зеркала.

Выверка перпендикулярности малого зеркала плоскости лимба методом параллельности плоскостей зеркал. Эта выверка выполняется с дневной трубой секстана ночью по неяркой звезде, находящейся на небольшой высоте, а днем по Солнцу.

Уменьшение поправки индекса секстана. Уменьшение поправки индекса секстана выполняется путем изменения положения малого зеркала с помощью его регулировочного винта 3 рис. 42.

Она может выполняться по горизонту, звезде или Солнцу так же, как выверка параллельности малого зеркала большому зеркалу. Отличие состоит в том, что отраженное и прямовидимое светило совмещается при помощи регулировочного винта по вертикали.

Рис. 47

Определение поправки индекса по Солнцу. Определение поправки индекса по Солнцу (рис. 47) является наиболее точным (±0,1), так как наблюдатель имеет возможность оценить точность измерений.

Алидаду секстана, приготовленного для наблюдений Солнца, устанавливают около 0° (между отсчетом 0° и 359°). После наведения трубы на Солнце отраженное изображение С₁ будет находиться над прямовидимым изображением С.

Вращая отсчетный барабан, совместить край отраженного изображения С₁ с краем прямовидимого С (рис. 47 положение С₁) и снять первый отсчет секстана Оi₁ (359°--,-‘)_.

Затем перевести отраженное изображение С₁ через прямовидимое в положение С₂ и снять отсчет секстана Оi₂ (0°--,-′=360°--,-′).

Средний отсчет Оi_ср соответствует отсчету совмещения центров прямовидимого и отраженного изображений Солнца, а поправку индекса получим по формуле

(79)

Оценка точности наблюдений основана на сравнении действительного радиуса Солнца (R_МАЕ), который находим в МАЕ на дату наблюдений, с радиусом, полученным из наблюдений (R_изм).

По рис. 47 видно, что разность отсчетов индексов равна

4R_изм = Оi₂ – Оi_1. (80)

Расхождение 4R_изм с 4R_МАЕ должно быть не более ±0,4. Расхождение больше +0,4 означает, что край отраженного Солнца не совмещен (не доведен) с краем прямовидимого Солнца, а расхождение меньше –0,4 означает перекрытие краев отраженного и прямовидимого Солнца.

Точность поправки индекса по Солнцу 0,1 обеспечивается при осреднении 3-х значений i.