Назначение магнитного компаса. Принцип действия, девиация, погрешности.

Для измерения кур­са магнитным методом применяются магнитные компасы, обладающие простотой устройства и надежностью. Магнитному методу измерения курса свойственны недостатки и ограничения, которые сводятся к следующему: этот метод дает большие по­грешности в районах магнитных аномалий, во время магнитных бурь, в высоких широтах (выше 80°), а также в условиях боль­ших девиаций на борту летательного аппарата.

Принцип действия магнитного компаса основан на свойстве магнитной стрелки устанавливаться по направлению магнитных силовых линий поля Земли. Магнитный компас измеряет маг­нитный курс (МК), т. е. угол между направлением горизонталь­ной составляющей магнитного поля Земли и проекций продоль­ной оси летательного аппарата на горизонтальную плоскость.

Схема магнитного компаса

Основными элементами маг­нитного компаса являются (рис.4): подвижная система (картушка), включающая магниты 3, поплавок 2, лимб 1 (шкалу) и шпильку 10; котелок 5 с жидко­стью 6; колонка 7 с подпятником 9. Лимб картушки разградуирован на 360°. Вес картушки благодаря поплавку 2,уменьшен настолько, что давление шпильки 10 на подпятник 9 незначительно, что способствует уменьшению трения.

К поплавку прикрепляется одна или несколько пар по­стоянных магнитов, направленных одноименными полюсами в одну сторону. Оси магнитов параллельны линии 0—180° лимба. Мембранная коробка в нижней части котелка служит для ком­пенсации изменения объема жидкости при изменении темпера­туры. В качестве жидкости используется лигроин.

Картушка компаса, будучи выведенной из состояния покоя, совершает колебания. Для оценки этих колебаний составим уравнение движения картушки. На картушку действуют момент инерционных сил Jj, момент сил вязкого сопротивления kj, уста­навливающий момент от взаимодействия постоянных магнитов с магнитным полем Земли MH * sin(j-y), момент сухого трения шпильки о подпятник М тр и возмущающий момент М м, вызван­ный влиянием посторонних магнитных полей. Сумма этих момен­тов равна нулю или

Jj + kj + MH * sin(j-y)= М м М тр (1)

где J — момент инерции картушек; k —коэффициент демпфирования; M=2ml —магнитный момент картушки (m —магнитная масса полюсов, 2l —расстояние между полюсами); j —угол отклонения картушки; y —курс летательного аппарата.

Если даже отсутствуют все другие погрешности магнитного компаса, то наличие момента трения М тр обусловливает застой компаса.

Для уменьшения застоя необходимо уменьшать трение шпильки о подпятник и увеличивать магнитный момент М по­стоянных магнитов. Уменьшение трения достигается увеличени­ем плавучести картушки и выбором в качестве подпятника твер­дого камня (агат, рубин, сапфир и, др.). Величина момента тре­ния М тр зависит также от поведения подвижной системы ком­паса. При работе компаса на самолете корпус прибора подвер­гается колебаниям, которые передаются на подпятник. Колеба­ния подпятника способствуют уменьшению момента трения М тр, поэтому застой компаса на самолете значительно меньше, чем на неподвижном основании. Застой в современных компасах меньше 1°, поэтому при рассмотрении динамических характери­стик компаса будем им пренебрегать.

В зависимости от величины относительного коэффициента затухания d движения картушки могут быть затухающими (при d <1) или апериодическими (при d >1). В целях получения ми­нимального времени успокоения компаса обычно выбирают d = 0,7 ¸ 0,8.

Важной характеристикой компаса является увлечение, под которым подразумевают угол , на который жидкость увлека­ет картушку при повороте компаса на 360°. Это явление наблю­дается при развороте самолета. Величина увлечения в зависи­мости от скорости разворота составляет =5¸35°.

Таким образом, можно отметить следующие четыре динами­ческие характеристики магнитного компаса: относительный ко­эффициент затухания d, частоту собственных колебаний (или время успокоения ) увлечение и застой .

Магнитные поля, создаваемые железными и стальными мас­сами, а также электрическими аппаратами, искажают магнит­ное поле Земли. Под влиянием этих дополнительных магнитных полей картушка компаса отклоняется от направления магнит­ного меридиана Земли. Это отклонение называется девиацией компаса и обозначается d. Девиация d считается положительной, если северный конец магнитов картушки отклоняется от магнит­ного меридиана к востоку; при отклонении к западу девиация отрицательна.

Для получения истинного курса (ИК) к компасному курсу (КК) необходимо добавить девиацию d и магнитное склонение D, т. е.

ИК=МК+d+D. (5)

Магнитные, поля на летательном аппарате, вызывающие де­виацию компаса, можно разделить на два составляющих поля:

а) поле, создаваемое стальными предметами, направление которого относительно осей летательного аппарата неподвижно и не зависит от курса;

б) поле, создаваемое мягким железом, направление которо­го относительно указанных осей переменно и зависит от курса полета.

Стальные предметы, создающие первое поле, обычно облада­ют большой коэрцитивной силой и представляют по существу постоянные магниты. При полете на любом курсе они сохраняют свои магнитные свойства неизменными.

Предметы из мягкого железа не сохраняют своих магнитных свойств неизменными при изменении курса. Создаваемое ими поле зависит от курса летательного аппарата.

Для устранения девиации компасов при­меняются девиационные приборы, в которых создаются допол­нительные компенсационные поля с помощью постоянных маг­нитов. Девиационные приборы позволяют устранять круговую и полукруговую девиации.

При полете самолета с поперечным или продольным креном и горизонтальном положении картушки компаса возникают кре­новые девиации. Появление креновой девиации обусловлено дей­ствием на картушку вертикальной составляющей силы от твердого железа и остальных постоянных составляющих магнит­ного поля на летательном аппарате вызывает де­виацию магнитного компаса.

При разворотах летательного аппарата плоскость картушки компаса поворачивается и становится перпендикулярной равно­действующей сил веса и инерции. Но в таком случайна картушку начинает действовать вертикальная составляющая магнит­ного поля Земли, вызывая появление поворотной погрешности.

При правильном вираже самолета, рассмотрением которого ограничимся, картушка компаса расположится в плоскости А, наклоненной под углом крена g к горизонту и совпадающей с плоскостью ху самолета (рис.9). Направление полета са­молета совпадает с его осью х. Горизонтальная составляющая напряженности Н магнитного поля лежит в плоскости В, т.е. в горизонтальной плоскости; вертикальная составляющая перпендикулярна к этой плоскости. Угол между вектором Н и продоль­ной осью самолета x есть магнитный курс y.

Картушка компаса будет располагаться по направлению рав­нодействующей силы, лежащей в плоскости картушки и обуслов­ленной действием горизонтальной и вертикальной составляющих магнитного поля Земли.

Креновая девиация и поворотная погрешность внедистан­ционных магнитных компасах не устраняются.