Магнитные компасы.

Магнитным компасом называется устройством помощью которого определяется направление магнитного меридиана.

Магнитный компас, можно считать одним из первых навигационных приборов, применявшихся человеком. Имеются сведения, что еще за 2,5 тысячи лет до н. э.

Китайцам было известно свойство свободно подвешенного магнита указывать на Север. В Европе компас стали применять только в XI—XII вв.

Задачи, которые приходится решать экипажам воздуш­ных судов, подразделяются на две группы, тесно связанные между собой:

1)обеспечение стабилизации воздушного судна относительно центра масс — пилотирование;

2)вождение воздушного судна по заданной траектории из одной точки пространства в другую — навигация.

Для осуществления воздушной навигации необходимо непрерывно определять текущее положение воздушного судна в пространстве. Величины, характеризующие пространственное место воздушного судна и вектор его скорости в данный момент, называются навигационными элементами полета.

Курс воздушного судна — один из навигационных элементов полета. Под курсом воздушного судна в воздушной навигации понимают угол между положительным направлением меридиана и продольной осью воздушного судна, отсчитываемый по часовой стрелке.

В зависимости от логической схемы навигации и физико-технических средств, с помощью которых происходит определение курса, различают:

1.Магнитный курс (МК) - угол между северным направлением земного магнитного меридиана и продольной осью воздушного судна.

2.Истинный курс (ИК) - угол между направлением географического меридиана и продольной осью воздушного судна.

3.Условный курс - угол между направлением условного меридиана, т. е. любого заданного заранее направления на земной поверхности, и продольной осью воздушного судна.

Принцип действия магнитных компасов основан на свойстве свободно подвешенного магнита устанавливаться своей осью вдоль вектора результирующего магнитного поля Земли, т. е. вдоль магнитного меридиана. И тогда измеренный курс носит наименование магнитного (МК).

Однако на установленный в самолете компас, помимо магнитного поля Земли оказывает воздействие собственное магнитное поле самолета, возникающее в связи с наличием ферромагнитных материалов в его конструкции и магнитных полей при работе установленного оборудования. Под воздействием этих полей ось магнитной стрелки устанавливается вдоль их результирующего вектора, который называется компасным меридианом. Отсчитываемый в этом случае курс называется компасным (КК), а несовпадение магнитного и компасного меридиана определяется углом магнитной девиации Δ_К.

В полете экипаж по показаниям компаса определяет компас­ный курс КК, а затем по величинам магнитного склонения Δ_М и девиации Δ_К вычисляет истин-

После определения ИК пилот сравнивает его с заданным. В случае необходимости он маневром самолета устраняет разницу между ними, т. е. обеспечивает полет с расчетным истинным курсом.

Сравнительно большие погрешности в измерении курса, воз­никающие при выполнении самолетом эволюции, ограничили область применения не дистанционных компасов. Они обычно ис­пользуются лишь в качестве резервных в случае отказа основных курсовых приборов или систем. От указанных недостатков в зна­чительной степени свободны дистанционные компасы.

Рис.52.Кинематическая схема магнитного компаса:

1—девиационный прибор; 2—корпус;

3—картушка; 4—индекс; 5—поплавок;

6—магниты; 7—подпятник.

В настоящее время наиболее широко применяется магнитный компас типа КИ-13.

В настоящее время магнитные компасы являются не основными навигационными приборами, однако благодаря одному очень важному достоинству—автономности — до сих пор используются в авиации в качестве резервных курсовых приборов.

Современный магнитный компас — это устройство, не требую­щее никакого электрического питания, имеет весьма небольшие размеры, масса не превышает 200 г.

Рассмотрим принцип работы авиационного магнитного компаса.

Компас представляет собой пластмассовый сосуд 2 шарообразной формы, внутри которого находятся два постоянных магнита 6 с одинаково направленными полюсами. Магниты крепятся к поплавку 5, имеющему картушку (шкала) 3, и опираются на подпятник 7, представляющий собой подшипник. Подшипник крепится к корпусу с помощью пружины. Вертикальный неподвижный индекс 4 служит для отсчета показаний по шкале. Корпус прибора заполняется вязкой прозрачной жидкостью, удельный вес которой подбирается таким образом, чтобы вся подвижная система компаса обладала небольшой отрицательной плавучестью и оказывала минимальное давление на подшипник, уменьшая момент трения в нем. Кроме того, жидкость выполняет роль демпфирующей среды. Устройство 1 предназначено для устранения девиации компаса.

Магнитная система компаса, взаимодействуя с магнитным полем Земли, стремится занять направление, параллельное вектору Т магнитного поля Земли. Поскольку магнитный компас должен определять направление горизонтальной составляющей Н магнитного поля Земли и его картушка не должна иметь наклонов, то «южный» конец картушки делают тяжелее. В результате создается момент, компенсирующий в какой-то степени момент, действующий от вертикальной составляющей магнитного поля Земли Z. Естественно, что таким способом можно компенсировать действие вертикальной составляющей Z далеко не полностью и, например, для северного полушария Земли. В южных широтах компас с утяжеленным «южным» концом картушки будет иметь тенденцию к наклону.

Пусть магниты компаса составляют с направлением горизонтальной составляющей магнитного поля Земли некоторый угол ψ. Тогда вращающий момент от взаимодействия магнитного поля постоянных магнитов компаса и горизонтальной составляющей земного магнитного поля можно выразить следующим образом:

Мвр = MHSinψ

Перед полетом: необходимо осмотреть компас и убедиться, что отсутствуют внешние повреждения и подтекание жидкости из его корпуса. Внешним осмотром проверить состояние жидкости в компасе. Она должна быть прозрачной, без пузырьков воздуха.

Компасный курс отсчитывается по картушке против индекса. В неспокойной атмосфере наблюдаются колебания картушки, которые достигают ±15±20°, и отсчет курса затруднен, поэтому рекомендуется определить не мгновенное значение курса, а некоторое среднее за 5-10 с.

Компасный курс с поправкой на девиацию является магнитным, а с поправкой на магнитное склонение истинным курсом.

Рис.53.

Индукционные дистанционные компасы. Применяемые на совре­менных самолетах дистанционные компасы чаще всего имеют электрические индукционные элементы, которые в виде датчика устанавливаются в тех местах, где собственное магнитное поле самолета минимально. Обычно для этого используется хвостовая часть фюзеляжа, крыло или стабилизатор.

Рис.54.Схема индук­ционного датчика ИД:

а — магнитный зонд; б — датчик

Чувствительным элементом индукционного датчика служит магнитный зонд. Он представляет собой два соосных пермаллоевых сердечника, на каждый из которых намотаны намагничивающие обмотки w₁, а на весь зонд — сигнальная об­мотка w₂.

При подключении намагничивающих обмоток к источнику переменного тока U₁ изменяется магнитная проницаемость сердечников. Поскольку эти обмотки навиты встречно, возникающие магнитные потоки Ф₁ противоположны и равны по абсолютной величине. Поэтому суммарный магнитный поток Ф₂ в каждый момент времени равен нулю, и ЭДС в сигнальной обмотке отсутствует.

Однако в результате того, что зонд находится в магнитное поле Земли с напряженностью горизонтальной составляющей Н₃ в сердечниках возникает магнитный поток

Ф₂ = μSHзСОSΨ

Где μ, S — магнитная проницаемость и площадь сечения сердеч­ников; Ψ — угол между вектором Н₃ и осью зонда.

Под действием этого потока в сигнальной обмотке станет индуцироваться переменная ЭДС. Если ось зонда совпадает с маг­нитным меридианом, ее значение будет максимальным; если же ось перпендикулярна к меридиану—ЭДС равна нулю. Таким об­разом, представляется возможность измерения магнитного курса.

Для того чтобы исключить влияние величины Н₃ на значение измеряемого курса при полетах в разных широтах, в индукцион­ных датчиках типа ИД три зонда. Они монтируются на пластмассовой платформе в виде равносто­роннего треугольника. Эта платформа подвешена на кардановом подвесе, который обеспечивает ее горизонтальное положение при кренах до 17°. Сигнальные обмотки соединены треугольником. Выводы с них подсоединены к клеммам штепсельного разъема.

Индукционные датчики чаще всего применяются не как са­мостоятельные курсовые приборы, а как элементы в системах кор­рекции современных курсовых систем типа ГМК, КС и др.