Авиационные компасы. Магнитные компасы. Схема устройства

Приборы для определения курса самолета называются компасами. Существуют компасы, основанные на использовании различных принципов: магнитные, гироскопические, индукционные, астрономические, радиокомпасы и т. д.

Наиболее простыми и до настоящего времени очень распространенными являются магнитные компасы.

Магнитные компасы. Работа магнитного компаса основана на взаимодействии магнитного поля Земли с магнитом в приборе. Магнитные полюса Земли расположены вблизи географических полюсов и несколько смещены по отношению к ним. Условно считают, что в северном полушарии сосредоточен южный магнетизм, а в южном — северный. Магнитная стрелка устанавливается северным концом на север, т. е. северный магнитный полюс, условно обладающий южным магнетизмом, считают расположенным вблизи северного географического полюса, а южный - вблизи южного. Угол между географическим и магнитным меридианом называется склонением.

Склонение меняется в зависимости от географического места, времени года и т. д. Оно считается положительным, если северный конец стрелки отклоняется к востоку от географического меридиана.

Величина склонения определяется по специальным картам магнитных склонений, на которых места с одинаковым магнитным склонением соединены линиями, называемыми изогонами; на эти же карты нанесены магнитные аномалии. Магнитное поле почти во всех точках Земли (за исключением магнитного экватора) наклонно к горизонту, поэтому полную силу Т земного магнетизма, направленную под углом к горизонту, можно разложить на две составляющие: вертикальную Y = T sin θ и горизонтальную Н = Т cos θ (фиг. 67).

Фиг. 67. Составляющие магнитного поля Земли: НН - плоскость горизонта; Р_т - магнитный полюс; Р’_т проекция магнитного полюса на поверхность Земли, Т - полная сила земного магнетизма; Н - горизонтальная составляющая; Y - вертикальная составляющая; θ - наклонение

Горизонтальная составляющая Н, устанавливающая магнитную стрелку в направлении север — юг, является направляющей силой магнитного компаса. Угол θ между полной силой земного магнетизма и ее горизонтальной составляющей называют наклонением. Стрелка компаса, свободно вращающаяся вокруг горизонтальной оси, на магнитном полюсе займет вертикальное положение, на экваторе — горизонтальное.

Магнитная стрелка, установленная на острие, будучи помещена в северном полушарии под действием усилия, развиваемого в результате взаимодействия стрелки с магнитными полюсами Земли, стремится наклониться своим северным концом вниз. Для уничтожения этого наклона южный конец стрелки делают более тяжелым. В южном полушарии более тяжелым следует делать северный конец стрелки компаса.

Магнитный компас (фиг. 68) дает возможность определить магнитный курс самолета. Основной частью компаса является картушка с магнитами 1, опирающаяся стальной шпилькой 3 на агатовую или сапфировую топку 4, укрепленную в колонке 5.

Рис. 68. Схема устройства магнитного компаса: а – схема компаса, б – картушка компаса, 1 - магнит; 2 - стрелка, 3 - шпилька; 4 - топка, 5 - колонка, 6 - котелок; 7 – лимб; 8 – поплавок; 9 – успокоители; 10 – уводящая камера; 11 – шкала; 12 – девиационный прибор

Наличие магнитов заставляет картушку устанавливаться вдоль магнитных линий поля Земли, т. е. картушка сохраняет относительно Земли неизменное направление.

Картушка устанавливается в котелке 6, заполненном жидкостью, уменьшающей вес картушки и способствующей успокоению ее колебаний.

Картушка компаса состоит из лимба 7, представляющего собой тонкий латунный или алюминиевый диск (у компасов с горизонтальной шкалой) или конус (у компасов с вертикальной шкалой).

В некоторых компасах на диске нанесены деления от 0 до 360° В этом случае показания прибора читают с помощью курсовой черты, жестко скрепленной с котелком 6 (фиг. 68, а). Лимб соединен с пустотелым поплавком 8, на котором закреплены магниты 1 и успокоители 9 с цифрами. В этом случае показания компаса читают по шкале, жестко скрепленной с котелком (фиг. 68, б). Жидкость, заполняющая котелок, должна обладать возможно меньшей вязкостью, чтобы помешать появлению чрезмерно большого сопротивления движению картушки.

Точка замерзания жидкости должна быть ниже —60° С, а точка кипения выше +5СР С; с изменением температуры плотность жидкости не должна значительно меняться. Жидкости, полностью удовлетворяющей этим требованиям, пока не найдено; в компасах применяют лигроин, плотность которого при изменении окружающей температуры меняется довольно значительно; это приводит к изменению объема жидкости и к образованию воздушных пузырьков при низких температурах или к повышению давления при высоких температурах.

Для уничтожения этого дефекта прибор снабжен компенсационной компрессивной или уводящей камерой 10.. В настоящее время применяется уводящая камера, представляющая собой дополнительный объем, в который могут уходить пузырьки воздуха при понижении температуры и излишняя жидкость при ее повышении.

Компенсационная камера несколько увеличивает объем компаса, но зато обеспечивает широкие пределы компенсации.

В зависимости от назначения компаса (для штурмана или для летчика) требуемая точность его показаний различна. Компас штурмана, который называется главным, должен быть более точным. Компас летчика называется путевым. В таких компасах отсчеты показаний производятся с помощью курсовой черты, укрепленной неподвижно относительно котелка компаса, и подвижной картушки, устанавливающейся в направлении север — юг (фиг. 69).

Фиг. 69. Внешний вид компаса штурмана и компаса летчика: а - компас штурмана; б - компас летчика; 1 - курсовая черта; 2 - шкала

Конструкций магнитных компасов много, но схема всех их одинакова и различны только расположение и форма шкалы (вертикальные и горизонтальные шкалы) или система отсчета.

Работа всех компасов происходит по следующей схеме. Если магнитную стрелку вывести из положения равновесия и потом отпустить, то она возвратится в исходное положение. Движение стрелки происходит под влиянием:

1. Вращающего момента М_вр, развиваемого магнитами картушки; величину момента можно найти из уравнения

Решение уравнения (IV. 30) показывает, что в зависимости от соотношения между К и МН картушка компаса, возвращаясь к положению равновесия (к меридиану), может совершать колебательное гармоническое или апериодическое движение (фиг. 70).

Фиг. 70. Характер движения картушки компаса при возвращении к положению равновесия

В современных авиационных компасах принят гармонический закон движения стрелки, почему сами компасы называют иногда периодическими.