Магнитное поле земли. Магнитный компас

Магнитное поле земли

Земной шар является естественным магнитом. Его магнитные полюсы расположены вблизи географических полюсов: северный магнитный полюс находится в точке 70° северной широты и 95° западной долготы, а южный магнитный полюс 72,5⁰ южной широты и 154° восточной долготы.

Напряженность магнитного поля Земли характеризуется век­тором Т, который является функцией координат и времени. Век­тор напряженности Т обычно раскладывается на две составляю­щие—горизонтальную Н и вертикальную Z, (рис.2). Угол , составленный вектором Т и горизонтальной плоскостью, назы­вается углом наклонения или просто наклонением. Горизонтальная и вертикальная составляющие век­тора напряженности, выраженные через угол на­клонения , имеют вид: H=Tcos ; Z=Tsin

На магнитном экваторе угол наклонения равен нулю. При движении от магнитного экватора к магнитным полюсам угол наклонения возрастает и, например, в районе Москвы 65°. В районе маг­нитных полюсов угол наклонения приближается к 90°, а горизонтальная составляющая H стремится к нулю.

Рис.2. Горизон­тальная и вертикаль­ная составляющие магнитного поля земли

Рис.3. Маг­нитное склоне­ние

Если взять магнитную стрелку с точечной опорой в середи­не между полюсами, то она будет устанавливаться по направле­нию горизонтальной составляющей H по линии север—юг, при этом в северном полушарии вертикальная составляющая Z будет наклонять северный конец стрелки концом вниз. Очевидно, в южном полушарии вертикальная составляющая Z будет накло­нять южный конец вниз. Для компенсации этих наклонов при полетах в северном полушарии южный конец стрелки делают более тяжелым. В южном полушарии следует утяжелять се­верный конец стрелки.

Горизонтальная составляющая вектора напряженности Н не совпадает с направлением географического меридиана. На­правление составляющей Н называется магнитным меридианом данного места. Угол между магнитным и географическим ме­ридианами называется углом склонения или просто склонением. Склонение считается положительным, если магнитная стрелка отклоняется северным концом к востоку от географического ме­ридиана (рис.3), и отрицательным, если стрелка отклонена к западу.

Магнитные компасы

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.

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.

Рис.4. Схема магнитного компаса:

1—лимб картушки; 2—поплавок; 3— магниты; 4—стекло; 5—котелок;6— жидкость; 7—колонка; в—уводящая камера; 9— подпятник; 10—шпилька;11—курсовая черта.

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.

¾ погрешность магнитного компаса, обусловленная влиянием посторонних магнитных полей.

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

(3)

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. Выбор собственной частоты обусловливают тре­буемым временем успокоения, причем

(4)

Обычно время успокоения составляет 15—30 сек. Это время можно уменьшить путем увеличения магнитного момента М.

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 компасы применяются на самолетах в качестве дублирующих приборов и используются в случае выхода из строя других курсовых приборов.

Компас имеет, следующие характеристики:

Инструментальные погрешности………………..……………….. 1

Девиация на курсах С, В, Ю, 3....…………………….не более

Увеличение картушки при угловой скорости 18 град/сек не более 35

Время успокоения………………………………….. не более 18 сек.

Вес компаса ……………………………………… не более 300 г