Магнитные компасыПо назначению компасы подразделяются на главные, путевые и шлюпочные. По главному компасу назначается курс корабля, а также берутся отсчеты пеленгов на предметы для решения задач по безопасности кораблевождения. Путевым является тот компас, по которому рулевой удерживает корабль на заданном курсе. Шлюпочные компасы имеют меньшие размеры и используются на катерах и шлюпках при сообщении корабля, стоящего на рейде, с берегом, при проведении различных гидрографических работ с катеров и шлюпок и т. п. На кораблях Военно-Морского Флота применяется морской магнитный 127-мм (5-дюймовый) компас. Его основными частями являются: котелок с картушкой и пеленгатором, нактоуз с амортизирующим подвесом для установки котелка и устройством для уничтожения девиации. Котелок компаса (рис. 25) представляет собой латунный цилиндрический резервуар, разделенный перегородкой на две камеры. Обе камеры сообщаются между собой с помощью четырех отверстий, прикрытых снизу воронкой. Верхняя — основная камера — окрашивается в белый цвет и служит для размещения в ней главной части компаса — картушки. Сверху камера герметически закрывается стеклом на резиновой прокладке. Стекло с помощью шурупов прижимается к верхнему срезу котелка кольцом, имеющим деления от 0 до 360° через 1° (азимутальный круг). С двух противоположных сторон камеры вертикально внутри укреплены проволоч-,ки, называемые курсовыми чертами. Компас устанавливается так, чтобы его курсовые черты совпадали с диаметральной плоскостью корабля или были строго параллельны ей. Камера котелка 127-мм компаса заполняется жидкостью — смесью этилового спирта (43 % по объему) с дистиллированной водой. Температура замерзания такой смеси -26 °C.
Рис. 25. Устройство котелка 127-мм магнитного компаса: 1 — перегородка, 2 — верхняя камера; 3 — нижняя камера; 4 — отверстие; 5 — воронка, 6 — картушка; 7 — стекло; 8 — азимутальное кольцо; 9 — курсовые черты; 10 — втулка; 11 — колонка; 12 — шпилька; 13 — топка картушки; 14 — диафрагма; 15 — конический стакан; 16 — пробка; 17 — чашка; 18 — цапфы; 19 — поплавок; SO — магнитные стрелки; 21, 23 — кронштейны; 22 — конус топки Перегородка в центральной части имеет втулку. Во втулку ввинчивается латунная шпилька с иридиевым или стальным острием, на которое накладывается своей топкой картушка. Нижняя — дополнительная камера — с помощью кольца на резиновой прокладке закрывается снизу диафрагмой, имеющей в центре конический стакан с ввинченной в него пробкой, через которую можно заменить шпильку и долить компасную жидкость. Нижняя камера заливается жидкостью до уровня нижнего выходного отверстия воронки. Она служит для компенсации изменения объема жидкости при колебаниях температуры окружающего воздуха. Для увеличения устойчивости котелка вовремя качки к нижней части его корпуса шурупами прикреплена залитая свинцом латунная чашка, в центре которой имеется отверстие для доступа к пробке. С внешней стороны, в верхней части котелка, прямофы, которыми котелок кладется в специальные гнезда кольца карданового подвеса, а кольцо своими цапфами, ось которых перпендикулярна оси цапф котелка, кладется в гнезда пружинного подвеса, укрепленного в верхней части нактоуза. Такое устройство смягчает динамические воздействия на компас и при качке позволяет котелку сохранять горизонтальное положение. Картушка состоит из пустотелого поплавка и шести симметрично припаянных к нему магнитных стрелок, заключенных в латунные пенальчики. К поплавку на шести кронштейнах прикреплен ободок и слюдяной диск, на который наклеивается бумажный диск картушки, разделенный по круговой системе на 360° со счетом по часовой стрелке. Диск имеет также деление на главные и четвертные румбы с буквенным их обозначением. Нуль разбивки картушки N находится против северного конца магнитных стрелок. В центре поплавка впаян конус топки. Топка представляет собой сапфировую или агатовую чашечку, которой картушка накладывается на острие шпильки. Компасная жидкость обеспечивает картушке легкость и плавность вращения на шпильке, уменьшает трение при вращении, увеличивает устойчивость ее в меридиане во время качки. Для определения направлений на объекты применяется специальное приспособление — пеленгатор, который устанавливается сверху на котелок компаса. Обыкновенный пеленгатор состоит из основания (латунного кольца с крестовиной) и смонтированных на нем предметной мишени, глазной мишени и чашки для установки дефлектора. Глазная мишень снабжена зеркальной призмой, служащей для того, чтобы наблюдатель мог одновременно видеть пеленгуемый предмет и отсчет направления по картушке. На специальной колонке глазной мишени укреплены два откидных светофильтра. Для определения направлений на небесные светила предметная мишень снабжена откидным черным зеркалом, укрепленным у ее основания впереди. Нактоуз 127-мм компаса представляет собой шкапик из дереза или фигурную отливку из силумина. И в том и в другом случае нактоуз имеет дверцы для доступа к девиационному прибору. Нактоуз имеет пружинный подвес для амортизации котелка, девиационный прибор, а также защитный колпак или шаровой осветительный прибор (ШОП). В верхнем основании нактоуза или на специальных кронштейнах прикрепляется мягкий (в магнитном отношении) металл, предназначенный для уничтожения влияния вредных магнитных сил корабельного металла на стрелку компаса. Шаровой осветительный прибор служит для освещения картушки при работе в ночное время и предохранения компаса от ударов и загрязнения. Он представляет собой латунный сферический колпак с тремя специальными окнами. По бокам в колпак вмонтированы гнезда для установки масляных фонарей. В верхней части внутри колпака вмонтирована электрическая пальцеобразная лампочка. В настоящее время выпускаются компасы с донным освещением, в которых подсветка картушки производится снизу специальной электрической лампочкой, вмонтированной в гнездо латунной чашки, закрывающей нижнюю часть котелка. Повседневный уход за магнитными компасами поручается определенному лицу из числа рулевых. Необходимо помнить, что от точности показаний главного и путевого магнитных компасов зависит безопасность плавания. Особенно осторожно следует обращаться с котелком и пеленгатором — оберегать их от ударов, резких толчков и от воздействия непогоды. Удаление с компаса капель морской воды, налета пыли производят чистой мягкой ветошью, а призмы, светофильтры и зеркало пеленгатора протирают мягкой фланелевой тряпочкой или замшей. Чистить азимутальное кольцо порошком, пастой или мазью запрещается. Азимутальное кольцо, пеленгатор и острия цапф должны быть смазаны тонким слоем технического вазелина. При стоянке корабля у причала магнитный компас должен быть закрыт защитным колпаком и накрыт парусиновым чехлом. Пеленгатор снимается с компаса и хранится в специальном футляре или ящике. Дверца нактоуза для доступа к девиационному прибору должна быть всегда закрыта на замок, ключ от которого хранится у заведующего. Силуминовые нактоузы — вместо дверцы имеют люки, закрывающиеся крышками на специальных болтах. Основные понятия о гироскопическом компасе В детстве всем приходилось играть с удивительной по своим свойствам игрушкой — волчком. Пока волчок не раскрутишь, его нельзя заставить стоять, но стоит придать ему вращательное движение, и ось его принимает вертикальное положение. Чем больше скорость вращения, тем устойчивее волчок. Хорошо раскрученный волчок всегда стремится занять устойчивое вертикальное положение, даже если его ось первоначально была наклонена. Если быстро вращающийся волчок легонько толкнуть, он, качнувшись в стороны, опять примет вертикальное положение. На этом принципе и создан гироскоп. Симметричный металлический диск с обмоткой (ротор) поместили на оси в кардановый подвес (рис. 26) и с помощью электромагнитного воздействия заставили его быстро вращаться. Ось вращения ротора называют осью гироскопа, или осью X, ось вращения внутреннего кольца — осью Y, а наружного полукольца — осью Z. Ротор гироскопа имеет возможность вращаться относительно всех трех осей. Центр массы всей системы находится в точке пересечения осей и называется центром гироскопа. Такую систему называют гироскопом с тремя степенями свободы, или свободным гироскопом. Свободный гироскоп обладает несколькими свойствами, и первое из них заключается в том, что ось быстро вращающегося ротора стремится сохранить полученное направление, даже если наклонять или вращать подставку, на которой размещен гироскоп. Вторым его важным свойством является способность оси ротора под действием приложенной к ней силы поворачиваться в плоскости, перпендикулярной направлению действия силы. Представим, что мы нажали сверху на горизонтальное кольцо карданового подвеса в точке А. Вместо того чтобы повернуться вокруг оси У, ось ротора повернется вокруг отвесной оси Z. Это свойство называется прецессионным движением, или прецессией.
Рис. 26. Гироскоп Предположим, что нам удалось установить ось свободного гироскопа в плоскости истинного меридиана. Но ведь Земля имеет суточное вращение вокруг своей оси, вследствие чего ее восточная часть все время опускается в пространстве, а западная поднимается. Представив вращение Земли и зная свойство оси гироскопа сохранять свое положение в пространстве, нетрудно вообразить, что ось установленного в какой-то точке Земли гироскопа через некоторое время, на наш взгляд, отклонится от плоскости истинного меридиана и от плоскости истинного горизонта. Для превращения свободного гироскопа в прибор, способный показывать истинные направления, к нижней части его камеры по оси Z подвешивается груз (маятник), который ограничивает степень свободы относительно горизонтальной оси У. Маятник, стремясь располагаться по отвесной линии, все время будет вызывать прецессию оси ротора, пока она не совместится с плоскостью истинного меридиана, т. е. пока маятник не займет положение строго по оси Z гироскопа. Так был изобретен гирокомпас — прибор, не зависящий от магнитных и электромагнитных полей, прибор, способный давать истинные направления. Но следует помнить, что каждый гирокомпас имеет свою постоянную инструментальную поправку (Дгк). Эта поправка не зависит от курса корабля, она определяется при заводских испытаниях прибора и записывается в его паспорт. Следовательно, для получения истинного направления к снятому с гирокомпаса показанию курса или пеленга необходимо прибавить поправку с ее знаком: ИКГК=ККГК+(±ДГК).
Рис. 27. Схема расположения основных частей гирокомпаса: 1 — резервуар; 2 — груз; 3 — пространство между следящей сферой и гиросфе-рой; 4 — следящая сфера; 5 — гиросфера; 6 — стол; 7 — нактоуз; 8 — гироскоп 3. Гирокомпас «Курс» Гирокомпас монтируется в неподвижном относительно корабля нактоузе, устанавливаемом в надежно защищенном месте. Основными его частями являются чувствительный элемент (гиросфера) и следящая сфера (рис. 27). В средней части нактоуза на кардановом подвесе помещен латунный бак (резервуар) с грузом внизу. В резервуар заливается поддерживающая жидкость-, состоящая из 13 л дистиллированной воды и 2,45 л глицерина. Для лучшей токопроводимости в жидкость добавляют 11 г салициловой кислоты. В резервуар с жидкостью помещается следящая сфера, представляющая собой алюминиевый, покрытый изнутри эбонитовой массой шар. Внутри следящей сферы находится гиросфера. Пространство между внутренней стенкой следящей сферы и гиросферой через отверстия в следящей сфере заполнено той же поддерживающей жидкостью. Верхняя часть резервуара закрыта столом, представляющим собой панель, на которой смонтирован ряд приборов и устройств, необходимых для работы гирокомпаса и контроля за ним. С помощью пружинного подвеса и шариковых подшипников следящая сфера подвешивается к столу и может свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Чувствительный элемент (гиросфера) является главной частью гирокомпаса. Это латунная сфера, образованная из двух полушарий. Внутри гиросферы имеется рама, в которой на подшипниках укреплены вертикальные оси камер двух гироскопов. Снаружи гиросфера покрыта тонким слоем эбонита, а в экваториальной части имеет пять токопроводящих полос. У концов широкого экваториального пояса вмонтированы два угольных электрода, обеспечивающие действие следящей системы. Их называют следящими электродами гиросферы. На экваториальной полосе имеется градусная разбивка, нуль которой обращен к югу гиросферы. После запуска гирокомпаса, когда гиросфера «войдет в меридиан», т. е. установится своей диаметральной линией в плоскости истинного меридиана (0 — 180°), отсчет курса корабля может быть снят по этим делениям. На полюсах гиросферы вмонтированы полярные электроды, через которые подается электроэнергия к токоприемникам, расположенным внутри гиросферы. Токи для питания гиромоторов передаются через поддерживающую жидкость, что обеспечивает чувствительному элементу полную свободу. Центр массы собранной гиросферы на 7–8 мм ниже ее геометрического центра. При наклонах плоскости экватора гиросферы это создает момент силы тяжести, вызывающий прецессионное движение гиросферы в меридиан. Диаметр гиросферы — 252 мм, масса — 8750 г, масса каждого ротора — 2325 г, диаметр ротора — 127 мм, скорость их вращения — около 20 000 об/мин. С помощью следящей системы данные курса от гиросферы могут передаваться на картушки основного прибора, расположенные на столе, а также в различные точки корабля на репитеры и другие приборы, работающие от гирокомпаса (курсограф, авторулевой, автопрокладчик).
Рис. 28. Репитер гирокомпаса Действие следящей системы заключается в стремлении следящей сферы сохранить свое положение относительно гиросферы. При повороте корабля следящая сфера будет отклоняться от положения чувствительного элемента, возникнет разность потенциалов электродвижущей силы на специальном устройстве, а это заставит заработать азимутальный мотор, который начнет поворачивать следящую сферу вслед за чувствительным элементом. Гирокомпас имеет ряд преимуществ перед магнитным компасом: он не подвержен воздействию магнитных и электромагнитных полей; устойчивее в работе, что повышает точность его показаний при качке, толчках и т. п.; поправка остается постоянной при изменении курса корабля и может быть выведена до нуля из показаний репитеров; позволяет связывать с ним целый ряд штурманских, артиллерийских и других приборов. К недостаткам гирокомпаса относятся: потребность в непрерывном электропитании; длительность подготовки к походу (4–6 ч); сложность устройства, что требует более длительной спецподготовки обслуживающего персонала. Репитер гирокомпаса (рис. 28) повторяет показания основного компаса (матки). Репитеры устанавливаются в различных местах, где необходимо следить за курсом корабля: в рулевой и штурманской рубках, на мостике, в каюте командира, в запасном посту управления. Репитер представляет собой котелок, сверху герметично закрытый стеклом для наблюдения за положением картушки. Внутри котелка имеется моторчик, постоянно принимающий изменение курса корабля от основного компаса. Через систему зубчатых передач эти изменения передаются на картушку.
Рис. 29. Оптический пеленгатор Репитер имеет картушку грубого отсчета и картушку точного отсчета. Первая разбита на 360° и оцифрована через 10 делений по круговому счету. Внутри картушки грубого отсчета в одной с ней плоскости вмонтирована картушка точного отсчета. Она разбита на 100 делений через 0,1°. Снимая отсчет курса или пеленга по репитеру, целые десятки градусов берут с картушки грубого отсчета, а единицы и десятые доли градуса — с картушки точного отсчета. Сбоку на корпусе котелка репитера имеется закрывающееся отверстие, через которое специальным ключом производится согласование репитера с показанием основного компаса. Для рулевого и в других постах, где необходимо наблюдать за курсом корабля, репитеры располагаются на кронштейнах. Репитеры, предназначенные для взятия пеленгов и определения курсовых углов, устанавливаются на пелорусах, прикрепленных к палубе крыльев ходового мостика. Для взятия пеленгов на отдаленные видимые предметы и определения курсовых углов на них служит оптический пеленгатор (рис. 29), устанавливаемый на азимутальный круг репитера, размещенного на пелорусе. Курсограф — прибор, автоматически записывающий на специальной бумажной ленте курсы корабля. Он представляет собой коробку, в которой размещается лентопротяжный механизм и механизм, связанный с основным гирокомпасом и управляющий движением двух перьев, непрерывно вычерчивающих линии. Чтобы прочесть курс на ленте, надо сначала по записи одного из перьев определить четверть компаса, в которой располагается курс, и только после этого по шкале соответствующей четверти прочесть на ленте курс корабля. Авторулевой — прибор для автоматического удержания корабля на заданном курсе. Автопрокладчик — прибор, автоматически вычерчивающий курс корабля на навигационной карте. Автопрокладчик работает от гирокомпаса и лага. Лаги Лагом называют прибор, служащий для определения скорости корабля (в узлах) и пройденного им расстояния (в милях). По принципу работы лаги подразделяются на вертушечные, гидродинамические (гидравлические) и индукционные, измеряющие скорость корабля относительно воды, гидроакустические и геомагнитные, дающие скорость плавающего сооружения относительно Земли.
Рис. 30. Схема действия гидравлического лага: 1 — трубка полного давления; 2 — мембранный аппарат; 3 — трубка статического давления; 4 — мембрана; 5 — полость полного давления; 6 — полость статического давления; 7 — шток До конца XIX века на всех кораблях применялся ручной лаг, от которого до сих пор сохраняется термин морской единицы скорости — «узел». Ручной лаг представлял собой деревянный сектор со свинцовой обивкой в нижней части для устойчивости на воде. К сектору крепился лаглинь — пеньковый тросик, разделенный узлами через 1/120 часть мили. Для определения скорости сектор выбрасывался с кормы за борт. Погрузившись в воду на 2/3 своей высоты, сектор становился неподвижным и начинал вытягивать с вьюшки, установленной на корме, лаглинь. Матрос отсчитывал, сколько узлов стравливалось с вьюшки за полминуты. Число миль в час соответствовало числу узлов, стравленных за это время. Так «узел» стал морской единицей скорости. В конце XIX века появились вертушечные лаги. Само название говорит о том, что в устройстве подобных лагов главную роль играет вертушка. При известном шаге лопасти буксируемой вертушки можно установить, сколько она сделает оборотов на одну милю пройденного кораблем расстояния. Число оборотов фиксируется механическим или электромеханическим счетчиком. Поэтому вертушечные лаги подразделяются на механические и электромеханические. Последние могут по проводам передавать показания лага на указатель скорости, счетчик пройденного расстояния и автопрокладчик. В настоящее время на кораблях широко применяется гидродинамический, или гидравлический лаг, действие которого основано на измерении динамического давления воды, возникающего в приемном устройстве лага на ходу корабля. Наиболее часто встречаются гидродинамические лаги с раздельными трубками статического и полного давления, представителем которых является лаг ЛГ-25. Он состоит из трех основных частей: гидравлической, механической и электрической. Гидравлическая часть лага (рис. 30) состоит из трубки полного давления (статическое + динамическое), мембранного аппарата и трубки статического давления. Мембранный аппарат разделен мембраной на две полости — полного давления и статического давления. К мембране прикреплен шток, связанный с механизмом центрального прибора лага. Трубки полного и статического давления соединены с мембранным аппаратом так, чтобы мембрана воспринимала только динамическое давление. Действие статического давления в аппарате компенсируется тем, что оно в равной степени действует на мембрану и снизу и сверху. На ходу корабля скоростной напор воды через приемное отверстие трубки полного давления давит на мембрану, которая начинает перемещаться вместе со штоком вверх. Перемещаясь, шток воздействует на механическую часть центрального прибора, которая состоит из узла измерения скорости и узла измерения пройденного расстояния. Посредством механической и электрической передачи данные о величине давления на мембрану поступают на ось стрелки указателя скорости и прибор, регистрирующий пройденное кораблем расстояние. Гидравлические лаги достаточно точны, но следует иметь в виду, что пройденное расстояние дается ими с некоторой ошибкой. Ее величина зависит от скорости корабля, определяется на специально оборудованном участке моря, называемом мерной линией, и в виде поправки лага учитывается судоводителями при ведении прокладки. Созданы и успешно применяются на флотах индукционные лаги, также измеряющие скорость корабля (судна) относительно воды. Еще более совершенными и точными лагами являются гидроакустические и геомагнитные, которые учитывают перемещение плавающих объектов относительно Земли.
|
