Виды магнитных компасов на судах

Обновлено: 25.04.2024

На сегодняшний день разработаны МК для различного типа судов, которые от-личаются друг от друга типом чувствительного элемента, точностными характери-стиками, компенсаторами его девиации и устройствами отображения информации. Исторически сложилось так, что на морском флоте преимущественное распростра-нение получили МК с подвижным чувствительным элементом (картуш-

кой), которые часто называют стрелочными [6]. Их несомненным достоинст-вом является то, что наличие картушки, самостоятельно устанавливающейся в ме-ридиан, позволяет снимать значение курса судна непосредственно со шкалы этой картушки, что обеспечивает возможность ориентации даже при отсутствии электро-питания. Относительная простота конструкции такого МК обеспечивает высокий уро-вень его надежности.

В последнее время на судах стали применять индукционные МК, которые не имеют картушки. Вместо нее используются специальные датчики, измеряющие па-раметры судового магнитного поля. Эти датчики определенным образом ориентиро-ваны относительно диаметральной плоскости судна и неподвижны относительно нее. Названные компасы являются дистанционными, имеют меньшие габариты чувстви-тельного элемента, допускают бòльшую свободу в выборе места их установки. Однако они требуют электропитания и наличия специальных указателей курса, которые называются репитерами.

Современные стрелочные компасы, предназначенные для использования на су-дах дальнего плавания, также снабжаются устройствами для дистанционной переда-чи информации. Необходимость таких устройств диктуется внедрением на судах «черных ящиков» и интегрированных навигационных систем. Устройства дистан-ционной передачи информации могут быть оптическими, электромеханиче-скими или электронными (цифровыми).

Информация о курсе может отображаться как в аналоговом, так и в цифровом виде и, как правило, на нескольких указателях курса (репитерах).

Различают главные и путевыеМК. Главный магнитный компас устанавли-вается на верхнем мостике в диаметральной плоскости судна или, как исключение, вблизи её и может использоваться для пеленгования различных ориентиров. Ин-формация с главного МК может сниматься непосредственно с его картушки или, при наличии системы дистанционной передачи информации, в ходовой рубке. Если главный компас не имеет дистанционной передачи, то в ходовой рубке устанавлива-ется путевой МК. Имеется ряд других признаков, по которым классифицируются магнитные компасы.

127-мм магнитный компас ГУ. Этот компас у нас является наиболее распространенным и выпускается в трех комплектациях: на высоком нактоузе (1248,5 мм), на низком нактоузе (1082,5 мм) и на настольной плите.

Компас на высоком нактоузе предназначается для установки в качестве главного, а на низком или на плите — в качестве путевого. На настольной плите компас устанавливается в постах управления, где не представляется возможным разместить нактоуз.

Компас состоит из собственно компаса, нактоуза, или настольной плиты, девиационного прибора, защитного колпака с осветительным устройством. В собственно компас входит картушка и котелок (рис. 18).

Картушка 7 является чувствительным элементом магнитного компаса и состоит из магнитной системы, латунного поплавка с топкой, латунного ободка, на котором закреплен слюдяной и наклеен бумажный диск с градусными делениями.

Магнитная система картушки собрана из шести магнитных стрелок, вставленных в латунные пенальчики 3, которые припаяны к донной части поплавка 9 и расположены одинаковыми по длине парами параллельно и симметрично.

В центре донной части поплавка 9 имеется конус, в вершине которого укреплена топка 8 из агата или сапфира. Картушка 7 помещается в котелке, наполненном компасной жидкостью (43-процентный раствор этилового спирта в дистиллированной воде с температурой кипения плюс 83°, а замерзания — минус 26°), и своей топкой 8 опирается на острие шпильки 2, что обеспечивает свободный поворот картушки.

Шпилька изготовлена из латуни в виде стержня диаметром 1,5 мм и длиной 35 мм, имеет наплавленное острие из нержавеющей твердой стали.

Вес картушки в воздухе около 102 г, а благодаря компасной жидкости ее давление на острие шпильки составляет лишь 4 ± 0,5 г. Наличие же конуса в поплавке позволяет свободному наклонению картушки на шпильке до 12°.

Кромка бумажного диска разбита на 360° через 1°, причем цифрами обозначены десятки градусов, а латинскими буквами — главные и четвертные румбы. Возможная точность отсчетов по картушке 0° , 2.

Рис. 18

Котелок компаса (см. рис. 18) представляет собой латунный резервуар с двумя камерами — верхней основной 13 и нижней дополнительной 14.

Основная камера служит для помещения в нее картушки 7, имеет пустотелую колонку с нарезкой для крепления компасной шпильки 2. Камера окрашена специальной белой Краскои.

Нижняя камера 14 котелка является компенсационной, допускающей температурное расширение компасной жидкости в котелке благодаря тому, что она снизу закрывается легко деформирующейся диафрагмой 15.

В верхней камере 13 с двух противоположных сторон в продольной плоскости котелка укреплены вертикальные проволочки 4. Проволочка называется курсовой нитью или курсовой чертой.

Верхняя часть котелка закрыта зеркальным стеклом 10 на резиновой прокладке 12 и прижимается к котелку при помощи кольца 11, прикрепляемого винтами.

Верхний срез кольца называется азимутальным кругом и разделен на 360°. Точность отсчета по шкале 0°, 2.

Нижняя часть котелка закрыта латунной чашкой с грузом для придания котелку устойчивости. В чашку вмонтирована трубка для патрона 17 под электрическую лампу 18, которой освещается картушка через световое окно 16 и отражатель 1.

Снаружи, в верхней части котелка, с двух противоположных сторон прикреплены две оси — цапфы 6, которыми котелок кладется на кольцо 5 карданового подвеса. Кольцо также снабжено двумя осями, расположенными перпендикулярно осям котелка.

Котелок компаса снаружи окрашивают черным лаком.

Нактоуз является подставкой к котелку. Внутри нактоуза помещается девиационный прибор с магнитами-уничтожителями.

Корпус 2 нактоуза (рис. 19) изготовлен из силуминия и имеет полую цилиндрическую форму с фланцевым основанием 1, в котором сделаны четыре выемки с вертикальными эллиптическими отверстиями для крепления нактоуза болтами к подушке. Подушка крепится к палубе. Верхнее основание 7 имеет усеченную сферическую форму, переходящую в верхней части в цилиндрическую шейку. Внутри шейки помещается амортизирующий подвес, на верхнем пружинном кольце которого находятся гнезда для осей карданового кольца котелка. Сверху нактоуз закрывается защитным колпаком 6.

Рис. 19

Защитный колпак служит для предохранения котелка компаса от повреждений, попадания дождя и снега, а также затемнения. Он имеет два круглых окна, через которые можно производить отсчет курса и пеленгование. Окна в колпаке закрываются откидными крышками.

На приливе в верхней части корпуса нактоуза смонтирован блок 5 электропитания донного освещения котелка компаса.

Для доступа к девиационному прибору в средней части нактоуза имеется большое вертикальное окно, которое закрывается съемной крышкой 3. При установке на судне это окно обращено к корме.

На цилиндрической части корпуса снаружи имеются ушки 4 для крепления нактоуза бакштагами к палубе.

Девиационный прибор состоит из латунной рубы и двух кареток.

Труба укреплена вертикально в центре нактоуза, так что ее ось проходит через точку опоры картушки. Каретки надеты на трубу, их можно передвигать по ней вверх и вниз и закреплять в любом положении по высоте стопорными винтами.

Магниты, предназначенные для уничтожения девиации, устанавливаются в каретках и внутри трубы девиационного прибора, а специальную магнитную сталь в виде шаров или труб укрепляют в верхней части нактоуза на специальных кронштейнах, бруски устанавливают в отверстия шейки, а пластинки укрепляют на специальном мостике под котелком.

Настольная плита состоит из собственно плиты квадратной формы, шейки с пружинным подвесом и брусками специальной магнитной стали, девиационного прибора, блока электропитания. На шейку настольной плиты надевается глухой колпак, предохраняющий котелок компаса от повреждений и загрязнения.

Освещение путевых компасов, установленных в закрытом помещении, может осуществляться при помощи бра.

75-мм магнитный компас ГУ. На небольших судах, катерах, шлюпках применяют 75-мм магнитные компасы. От 127-мм компаса они отличаются меньшими габаритами и более простым устройством.

Шлюпочный 75-мм компас (рис. 20) состоит из котелка с компасной жидкостью, картушки и футляра с масляным фонарем.

Картушка в отличие от 127-мм компаса имеет только две магнитные стрелки, и шкала разбита на двухградусные деления. Каждое 10-и градусное деление обозначено цифрой, которая указывает не число единиц, а десяток градусов. Например, цифрой 4 обозначено деление, соответствующее 40°, цифрой 14 — деление, соответствующее 140°, и т. д.

Вес картушки в жидкости при t = +20° составляет около 2,2 г. Котелок 75-мм шлюпочного компаса по своему устройству подобен котелку 127-мм. компаса.

Футляр с масляным фонарем (латунный) служит для хранения и переноски котелка компаса, является частью нактоуза при установке компаса на судне, защищает котелок от повреждений и попадания воды.

Рис. 20

Рис. 21

Корпус футляра состоит из двух частей — нижней, имеющей цилиндрическую форму, в которую на пружинный подвес устанавливается котелок компаса, и верхней съемной — колпака футляра с наклонной застекленной передней стенкой, через которую наблюдают за компасным курсом. К правой боковой стенке колпака прикреплен масляный фонарь для освещения картушки.

Катерный 75-мм магнитный компас (рис. 21) в отличие от шлюпочного магнитного компаса имеет нактоуз и пеленгатор.

Нактоуз представляет собой тумбу размерами 240x390x680 мм, изготовленную из силуминия. Внизу нактоуз имеет фланец для крепления к палубе судна.

Катерный компас также может быть установлен на специальном силуминовом кронштейне, приспособленном для крепления его к стенке рубки.

Нактоуз и кронштейн имеют девиационный прибор, по своему устройству напоминающий девиационный прибор 127-мм компаса.

Пеленгаторы

Для взятия пеленгов и курсовых углов на наблюдаемые предметы и небесные светила с помощью компаса последний снабжается специальным прибором, называемым пеленгатором.

На 127-мм магнитный компас могут быть установлены пеленгаторы обыкновенные и оптические.

Обыкновенный пеленгатор (рис. 22) состоит из сплошного кольца, глазной и предметной мишеней.

Поскольку азимутальный круг котелка у глазной мишени закрывается пеленгатором, то индекс на пеленгаторе, по которому производится отсчет курсовых углов, так же как и 0° азимутального круга, для удобства снятия отсчетов смещены влево на 30°.

Рис. 22

Глазная мишень представляет собой латунную планку с продольной прорезью посередине. Для пеленгования в светлое время суток мишень имеет накладную шторку с более узкой прорезью. На планку надета стеклянная призма в специальной оправе, которая служит для снятия отсчета с картушки. Отсчеты картушки, видимые в призму, должны читать- ся справа налево. К оправе призмы с правой стороны прикреплена стойка с двумя светофильтрами.

Предметная мишень представляет собой откидную рамку с натянутой посередине вертикальной посеребренной проволочкой (нить мишени) диаметром 0,4 мм. На рамку предметной мишени надета направляющая колодка с откидным черным зеркалом, служащим для пеленгования небесных светил.

Глазная и предметная мишени установлены таким образом, что прорезь глазной и нить предметной мишеней располагаются в одной вертикальной плоскости, проходящей через центр пеленгатора. Эта плоскость называется визирной плоскостью.

Пеленгатор Каврайского (рис. 23). Основание пеленгатора 1 имеет форму кольца с выступающим буртиком, тремя лапками и крестовиной, образующей в центре площадку, на которой укреплена чашка 4 для дефлектора.

На кольце основания нанесены два индекса для установки пеленгатора по азимутальной шкале, которые располагаются в вертикальной плоскости, составляющей с визирной плоскостью угол 30°. Признаком, отличающим пеленгатор Каврайского от обыкновенного пеленгатора, является то, что в нем отсутствует предметная мишень, но имеется специальная призма 6 с линзой и коллиматором.

Призма пеленгатора имеет грани, которые передают изображение делений на картушке компаса в прямом виде, что весьма удобно при снятии отсчета во время пеленгования. Кроме того, отсчет пеленга отмечают непосредственно по совмещению предмета с изображением картушки в призме, вследствие чего при рыскании судна отсчет пеленга не зависит от точности наведения визирной плоскости на предмет. Это является большим достоинством данного пеленгатора.

Рис. 23

Рис. 24

Черта коллиматора служит для точной наводки визирной плоскости пеленгатора при взятии курсового угла.

В верхнем округленном ребре призмы при отражении в нем световых лучей солнца образуется яркий вертикальный столбик, называемый бликом, который используется для взятия пеленгов Солнца, т. е. выполняет роль откидного зеркала обычного пеленгатора.

Металлическая оправа призмы имеет специальные маховички, при помощи которых призма пеленгатора может поворачиваться вокруг горизонтальной оси для улучшения изображения отсчета картушки и приведения его в нужное положение.

Для пеленгования Солнца и ярко освещенных предметов перед призмой установлены экран 3 и два светофильтра 5.

На кольце основания пеленгатора напротив призмы укреплен металлический противовес с пузырьковым уровнем 2, расположенным под углом 90° к визирной плоскости, служащий для установки пеленгатора в горизонтальное положение.

Пеленгатор Каврайского дает в поле зрения изображение картушки на 20°; фокусное расстояние линзы призмы 66 мм ±1 мм при увеличении 3,5. Чувствительность уровня 20 на 2 мм. Вес пеленгатора 0,9 кг.

Пеленгатор катерного компаса (рис. 24) состоит из основания 1 (латунного кольца), устанавливаемого на котелок компаса. На основании пеленгатора шарнирно укреплены предметная 2 и глазная 3 мишени.

На планку глазной мишени надета передвижная трехгранная призма 4 в оправе, которая служит для взятия по картушке отсчетов пеленга. Призма дает увеличение в 2—2,5 раза.

Важное

Ходовые испытания подлодки "Алроса" продолжились

Важное

На "Севмаше" внедряют еще один метод для ускорения производства подлодок

Важное

Источник рассказал о возможном увеличении количества атомных подлодок нового поколения

Неотъемлемым мореходным инструментом примерно с конца средневековья является магнитный компас, магнитная стрелка которого, свободно вращающаяся в горизонтальной плоскости, под действием магнитного поля Земли всегда показывает на север. Однако два явления — магнитное склонение и девиация — затрудняют пользование компасом. Причина магнитного склонения заключается в том, что северный и южный магнитные полюсы не совпадают с географическими. Северный магнитный полюс расположен примерно в 1600 км от географического Северного полюса на северо-востоке Канады. Стрелка компаса в месте, не содержащем железа, совпадает с магнитным меридианом и поэтому в зависимости от места снятия показаний с компаса имеет большее или меньшее отклонение. В высоких широтах пользование магнитным компасом для определения направления становится неэффективным. Чем больше расстояние от географического Северного полюса, тем меньше получается ошибка в направлении, поскольку уменьшается угол между северным магнитным полюсом и географическим Северным полюсом. На меридиане, где находится северный магнитный полюс и географический Северный полюс, магнитное склонение разно 0°. В Бискайском заливе оно составляет около 10° к западу, а в Средиземном море — около 2° к востоку. Поскольку магнитный полюс, хотя и очень медленно, меняет свое положение, магнитное склонение должно ежегодно корректироваться. Девиация вызывается постоянным и переменным магнитными полями корабля, которые оказывают дополнительное влияние на магнитную стрелку. Путем установки постоянных магнитов и магнитно-мягкого железа вблизи магнитного компаса (компенсирующие средства, вызывающие аналогичные поля противоположного направления и такой же напряженности, как магнитные поля корабля) исправляются (компенсируются) девиационные погрешности. Компенсация должна повторяться ежегодно. В соответствии с ней составляется таблица отклонений, которая должна постоянно контролироваться в связи с возможными изменениями отклонения в зависимости от магнитной широты и времени. Такие контрольные замеры фиксируются в девиационном дневнике.

Магнитный компас

1 — магнитное склонение 7°; 2 — курс по компасу 339°; 3 — истинный курс 332°; 4 — курсовая черта.

Магнитный компас имеет отметку, называемую курсовым румбом; он расположен в диаметральной плоскости судна или параллельно ей и показывает на картушке компаса курс корабля. Картушка компаса представляет собой диск с градуировкой в 360°, где 0° обозначает северное, а 180° — южное направление. На ее нижней стороне укреплены параллельно друг другу магнитные стрелки. Для того чтобы картушка компаса со своей магнитной осью могла устанавливаться в направлении северного магнитного полюса, она крепится на подвижном острие и может вращаться относительно своего центра. Корпус компаса вместе с магнитами, включая картушку, имеет карданов подвес, что обеспечивает его независимость от движений судна и благодаря чему ось вращения картушки всегда вертикальна. Для улучшения компенсации качки используются преимущественно жидкостные компасы, у которых картушка помещается в котелке компаса, заполненном жидкостью. Таким образом, независимо от движений судна в горизонтальной плоскости можно определить курс корабля и части света. На изображении картушки с силуэтом корабля в вертикальной проекции даны курс корабля и магнитное склонение, составляющие в этом месте Северного моря 7° к западу. Это означает, что северный магнитный полюс имеет в этом месте пеленг 7° к западу от географического Северного полюса. Таким образом, в приведенном примере судно следует курсом не 339° а 332°.

Движение гироскопа с карданным подвесом (а) и поплавкового гироскопа (b) под воздействием приложенных к оси сил

1 — гироскоп; 2 — сила; 3 — отклонение следствие приложения силы

С увеличением скорости судна возрастают также требования к точности компаса. На всех морских судах наряду с магнитным компасом используется гирокомпас, позволяющий независимо от всех магнитных влияний определить направление географического Севера и тем самым курс судна. Как известно, ось гироскопа стремится сохранить неизменным свое положение в мировом пространстве. Параллельному смещению оси гироскоп не оказывает противодействия, силам же, стремящимся изменить направление оси противодействует, и стрелка отклоняется в направлении вращения гироскопа. Вместо магнитной стрелки жидкостный компас имеет в качестве указательного элемента гироскоп с электрическим приводом с частотой вращения примерно 20 тыс. об/мин, время пуска которого составляет около 5 ч. Гироскоп крепится или помещается в поплавке таким образом, что его ось всегда стремится занять горизонтальное положение, так как только в таком случае она всегда устанавливается в направлении север — юг. Момент, направленный на север, гироскоп получает при вращении Земли, которое, если смотреть с севера, осуществляется против часовой стрелки; при этом на север обращен тот конец оси гироскопа, относительно которого против часовой стрелки вращается и сам гироскоп.

Установка гироскопа компаса в направлении север — юг на экваторе и на средних широтах

1 — направление движения оси гироскопа; 2 — подъем оси гироскопа из-за вращения Земли; 3 — сила поплавка; 4 — направление вращения Земли.

Проще всего показать действие гироскопа в качестве указателя направления на экваторе. Например, гироскоп приводится в движение при восточно-западном расположении оси, тогда благодаря повороту Земли происходит подъем оси гироскопа. Этому подъему противодействует перпендикулярная сила поплавка, стремящаяся удержать ось гироскопа в горизонтальном положении. При этом гироскоп отклоняется перпендикулярно к направлению силы таким образом, что его ось поворачивается к меридиану, т. е. в направлении север — юг. Когда ось устанавливается в направлении меридиана, т. е. параллельно оси вращения Земли, то благодаря повороту Земли она получает еще параллельное смещение в пространстве, которому не оказывает сопротивления. Вследствие воздействия силы поплавка и инерции гироскопа при вращении в направлении меридиана ось гироскопа отклоняется от направления север — юг, но благодаря вращению Земли и силе поплавка, возникающей на другом конце оси гироскопа, вновь возвращается к меридиану. Таким образом, гироскоп постоянно' колеблется вблизи меридиана (его собственное исходное положение) и вследствие незначительного трения между поплавком и жидкостью (ртутью) очень медленно принимает положение меридиана. Для ускорения этого процесса в установку компаса вмонтирована система стабилизации качки по типу успокоительной цистерны Фрама. Успокоительная цистерна способствует тому, что сила поплавка, стремящаяся повернуть ось гироскопа в горизонтальную плоскость, лишь частично используется для этого поворота, другая же часть при смещении центра тяжести всей гироскопической системы уничтожается за счет переливающейся жидкости.

Принцип демпфирования гироскопа компаса

Гирокомпас имеет так называемую ошибку курса, которую необходимо учитывать в навигации. Скорость судна представляет собой в определенной степени очень медленное вращение Земли, которое оказывает на гироскоп такое же влияние, как и само вращение Земли. Если судно следует курсом юг — север, изменяется горизонтальная плоскость и тем самым направление оси гироскопа в пространстве, в результате чего происходит отклонение оси гироскопа на запад, а при противоположном курсе :— на восток. При движении судна в восточно-западном направлении исключается возникновение ошибки курса, поскольку лишь одно вращение горизонтальной плоскости поперек направления осей создает отклоняющую силу. При вращении горизонта вокруг оси гироскопа, как при восточно-западном курсе, отклонения оси не происходит. Отклонение оси гироскопа от меридиана зависит от скорости судна, его курса и географической широты; величина отклонения берется из таблицы ошибок курса и учитывается при определении курса корабля. Для компенсации сил, возникающих прежде всего при бортовой качке судна, широко используются гирокомпасы с двумя или тремя гироскопами, отличающиеся очень высокой точностью работы в качестве указателей направления и позволяющие снимать показания с точностью до десятых долей градуса. В большинстве случаев к гирокомпасу подключается несколько компасов-репиторов (вторичных компасов). Посредством специального электродвигателя каждое вращение плавающей системы гироскопа (изменение направления) в главном компасе передается вторичным компасам. Поэтому главный компас может устанавливаться в любом месте судна. Как правило, главный компас имеет воздушное охлаждение и устанавливается также на ходовом мостике. Вторичные компасы размещают не только в рулевой рубке на ходовом мостике, но и на крыльях мостика, на навигационном мостике и в аварийном рулевом посту. Кроме того, они могут быть вмонтированы в пеленгаторные компасы, радиопеленгаторы, радиолокационные приборы и в системы автоматического управления судном.

Гироскоп

а — картушка компаса (в упрощенном виде); b — конструкция гирокомпасной системы; с — конструкция компаса с тремя гироскопами; d — конструкция компаса с двумя гироскопами; е — главный компас

1 — пеленгаторный компас; 2 — рулевая колонка; 3 — сигнальное устройство; 4 — задатчик ошибки курса; 5 — вторичный компас; 6 — штекерное устройство; 7 — насос охлаждающей воды; 8 — главный компас; 9 — распределительная коробка; 10 — преобразователь; 11 — коробка управления и включения; 12 — сеть; 13 — пускатель; 14 — курсограф.

Обыкновенный магнитный компас (компас Адрианова) знаком каждому школьнику. Положил на ладонь, отпустил стопор (арретир), дождался, пока стрелка покажет на север – и все дела! А в темноте он ещё и светится, что ужасно круто!

Существуют более сложные разновидности этого прибора – артиллерийский компас, горный компас, морской компас в кардановом подвесе.

Принцип работы у них у всех одинаковый – намагниченная стрелка поворачивается в магнитном поле Земли.

Достоинства у всех у них тоже одинаковые – конструкция простая, стоимость относительно невысокая, работать с ними легко.

Недостатки у магнитных компасов тоже одни и те же. Во-первых, они «боятся» металлических предметов – показания компаса могут испортить обычные ножницы или нож. Они «сходят с ума» в местах магнитных аномалий (например, крупных залежей железных руд). Наконец, они показывают направление на магнитный полюс Земли, а не на географический – то есть далеко не всегда правильно указывают направление. В высоких широтах (например, в Арктике или в Антарктиде) магнитный компас «врёт» так сильно, что прокладывать по нему курс/путь становится нереально.

Индукционный, он же электромагнитный

В школе на уроках физики в 8 классе учительница показывает очень интересный опыт: берёт магнит, катушку из проволоки и эту катушку двигает вдоль магнита – и в ней откуда ни возьмись вдруг появляется электрический ток! Это интереснейшее явление называется электромагнитной индукцией – в проводнике, движущемся поперёк линий магнитного поля, возникает электрический ток.

Учёные подумали: «Но ведь корабль или самолёт тоже движутся внутри магнитного поля Земли! Значит, в катушке из провода внутри этого корабля или самолёта должен возникать слабый ток, причём его сила зависит от того, в какую сторону направлена катушка!». Так появился на свет индукционный компас – в нём используются две или три катушки, в которых ток «наводится» магнитным полем нашей планеты.

Главный плюс такого компаса – он не боится металлических предметов и деталей вблизи. Под такой можно сколько хочешь подкладывать топор – а он всё равно будет точно показывать направление! Главный минус – индукционный компас работает только в движении, причём желательно с высокой скоростью. Прочие минусы – требует электропитания, сложная конструкция и, как обычный магнитный компас, очень сильно «врёт» в высоких широтах.

Астрокомпас, он же солнечный и звёздный

Приблизительно определять направление «по солнцу» и «по звёздам» люди умели уже тысячи лет назад. Скажем, в полдень солнце показывает на юг. А ночью полярная звезда показывает на север. Нельзя ли на основе этого принципа сделать точные компасы, пригодные для лётчиков и судоводителей? – задумались специалисты. Оказалось, можно! Так появился на свет астрокомпас. Астрокомпасы бывают солнечные и звёздные.

Один из первых в нашей стране солнечных компасов («солнечный указатель курса», сокращённо «СУК») был установлен на самолёт АНТ-25, на котором лётчики Чкалов, Байдуков и Беляков совершили первый в мире межконтинентальный перелёт через северный полюс. Там, где магнитный компас не справлялся, солнечный компас отработал безукоризненно.

Основа любого астрокомпаса – подвижный визир и часовой механизм. Если астрокомпас солнечный, штурману достаточно указать широту, точное время и навести визир на солнце; в результате прибор тут же покажет точное направление на север и позволит установить нужный курс корабля или самолёта. Если астрокомпас звёздный, штурману нужно предварительно выбрать определённую яркую звезду (навигационную звезду) и настроить астрокомпас под её небесные координаты. Дальнейший ход работы полностью совпадает с солнечным компасом.

Преимущества астрокомпаса понятны – он точен, он показывает истинный север, ему не страшны никакие магнитные аномалии или металлические предметы. Однако недостатки тоже есть – он довольно сложен в конструкции, для работы с астрокомпасом нужен опытный штурман, знающий звёздное небо. Астрокомпас не работает в условиях шторма, сильной болтанки и банальной облачной погоды. Если небо закрыто тучами – самый лучший астрокомпас становится бесполезным. Наконец, солнечный компас бесполезен ночью, а звёздный – днём, сами понимаете почему.

Гирокомпас, или что можно сделать из детской игрушки

Была ли у вас в детстве юла? Она же волчок? Да наверняка была – это одна из самых древних и популярных во всём мире детских игрушек. Даже в «Азбуке» какое слово на букву «Ю» всегда рисуют? Раскрути юлу – и она стоит ровно, не падает, сохраняет своё положение в пространстве, даже если её толкнуть или осторожно перенести в другое место.

«А нельзя ли свойство юлы удерживать постоянное направление использовать для определения направления на север?» – подумали изобретатели. Дело было не простое и успехом увенчалось далеко не с первой попытки – но в результате на свет появился «компас-юла». Научное название юлы – гироскоп, поэтому новый прибор назвали гирокомпас.

Внутри гирокомпаса – массивный быстро вращающийся ротор в кардановом подвесе. Ротор стремится сохранять положение в пространстве. Но ведь наша с вами Земля тоже вращается, верно? Поэтому угол наклона ротора в подвесе постепенно изменяется. Если специальным противовесом перевести ротор в горизонтальную плоскость, он как бы сам по себе медленно повернётся и укажет нам на север – то есть ось его вращения встанет в плоскости оси вращения Земли. Сложно, но эффективно.

Достоинства гирокомпаса – он показывает истинный север, ему не страшны магнитные помехи, он не зависит от погоды или времени суток. Недостатки? Он требует электропитания, он очень тяжёлый (больше 25 килограммов!), он сложен в обращении и настройке.

Радиокомпас, или сплошная автоматика

Сразу после открытия радио в конце XIX века учёным стало ясно, что радио можно использовать для определения пеленга – то есть направления на источник радиосигнала. Достаточно создать поворачивающуюся антенну – если развернуть её к источнику «лицом», сигнал будет самым сильным, если повернуть «боком», то самым слабым. Если установить на земле постоянно работающий радиопередатчик (радиомаяк), а вращающуюся антенну и приёмник поставить на корабль или самолёт, то штурман, зная частоту радиомаяка и его координаты (из специального справочника), может быстро определить направление на маяк – и, соответственно, направление на север и курс судна. Созданное устройство назвали автоматическим радиокомпасом.

Автоматический радиокомпас – штука очень удобная. Достаточно просто задать частоту и «поймать» сигнал маяка, а дальше радиокомпас сам определит направление и покажет верный курс пилоту на приборной доске. Сейчас по всей Земле установлены тысячи радиомаяков, позволяющих судам и самолётам уверенно держать курс даже в самую ненастную погоду. Работа с радиомаяками настолько удобна и эффективна, что даже появившиеся в последние 30 лет навигационные спутниковые системы GPS и ГЛОНАСС не смогли их вытеснить.

Достоинства радиокомпаса – удобство, автоматический режим работы, высочайшая точность. Недостатки – требует электропитания, а главное – требует «видимости» хотя бы одного радиомаяка. Если из-за атмосферных помех (например, во время гроз или магнитных бурь) или дальности ни один радиомаяк «не слышен», радиокомпас превращается в бесполезный набор металла и электроники.

Нетрудно догадаться, что у всех типов компасов есть как достоинства, так и недостатки. Именно поэтому на всех современных судах и самолётах такие системы дублируются, иногда многократно. Например, на судне может стоять и проверенный столетиями магнитный компас, и гирокомпас, и радиокомпас, и астрономический компас, и ультрасовременный GPS-навигатор – причём хороший штурман (и капитан тоже) просто обязаны уметь обращаться со всеми этими приборами. Выйдет из строя один – воспользуемся другим, не уверены в показаниях вот этого – сравним с показаниями вот того. Глубокие разносторонние знания – вот основа безопасности вождения судов и самолётов, даже в наш компьютерный век. Автоматическая прокладка курса – это хорошо, но автоматику тоже необходимо постоянно проверять и перепроверять человеку! Иначе может случиться беда – скажем, как с круизным лайнером Costa Concordia в 2012 году.

На ходовом мостике находятся приборы и устройства, необходимые для управления судном. Навигационные приборы – предназначены для определения местоположения судна и измерения отдельных элементов его движения:

компасы
гироазимуты
автопрокладчики
лаги
лоты
эхолоты
секстаны и другие устройства

Компасы

Компас – основной навигационный прибор, служащий для определения курса судна, направлений (пеленгов) на различные объекты. На судах применяются магнитные и гироскопические компасы.

Магнитные компасы используются в качестве резервных и контрольных приборов. По назначению магнитные компасы делятся на главные и путевые. Главный компас устанавливают на верхнем мостике в диаметральной плоскости судна, так, чтобы обеспечить хороший обзор по всему горизонту (рис. 3.1). Изображение шкалы картушки при помощи оптической системы проектируется на зеркальный отражатель, установленный перед рулевым (рис. 3.2).

Путевой магнитный компас устанавливают в рулевой рубке. Если главный компас имеет телескопическую передачу отсчета к посту рулевого, то путевой компас не устанавливают.

На магнитную стрелку на судне действует судовое магнитное поле. Оно представляет собой совокупность двух магнитных полей: поля Земли и поля судового железа. Этим объясняется, что ось магнитной стрелки располагается не по магнитному меридиану, а в плоскости компасного меридиана. Угол между плоскостями магнитного и компасного меридианов называется девиацией.

В комплект компаса входят: котелок с картушкой, нактоуз, девиационный прибор, оптическая система и пеленгатор.

На спасательных шлюпках используется легкий, небольшой по размерам компас, не закрепленный стационарно (рис. 3.3).

Гирокомпас – механический указатель направления истинного (географического) меридиана, предназначенный для определения курса объекта, а также азимута (пеленга) ориентируемого направления (рис.3.4–3.5). Принцип действия гирокомпаса основан на использовании свойств гироскопа и суточного вращения Земли.

Гирокомпасы имеют два преимущества перед магнитными компасами:

они показывают направление на истинный полюс, т. е. на ту точку, через которую проходит ось вращения Земли, в то время как магнитный компас указывает направление на магнитный полюс;
они гораздо менее чувствительны к внешним магнитным полям, например, тем полям, которые создаются ферромагнитными деталями корпуса судна.

Простейший гирокомпас состоит из гироскопа, подвешенного внутри полого шара, который плавает в жидкости; вес шара с гироскопом таков, что его центр тяжести располагается на оси шара в его нижней части, когда ось вращения гироскопа горизонтальна.

Гирокомпас может выдавать ошибки измерения. Например, резкое изменение курса или скорости вызывают девиацию, и она будет существовать до тех пор, пока гироскоп не отработает такое изменение.

На большинстве современных судов имеются системы спутниковой навигации (типа GPS) и/или другие навигационные средства, которые передают во встроенный компьютер гирокомпаса поправки. Современные конструкции лазерных гироскопов не выдают таких ошибок, поскольку вместо механических элементов в них используется принцип разности оптического пути.

Электронный компас построен на принципе определения координат через спутниковые системы навигации. Принцип действия компаса:

1. На основании сигналов со спутников определяются координаты приемника системы спутниковой навигации.

2. Засекается момент времени, в который было сделано определение координат.

3. Выжидается некоторый интервал времени.

4. Повторно определяется местоположение объекта.

5. На основании координат двух точек и размера временного интервала вычисляется вектор скорости движения:

направление движения;
скорость движения.

SC-130 спутниковый компас - Основные особенности:

Не требует технического обслуживания
Точность определения курса 0,25°. Идеально подходит для установки на средних по размеру и крупных судах для навигации в переполненных судами портах
Использование ГНСС Галилео и ГЛОНАСС для получения максимальной точности. За счет приема сигналов от спутников различного типа исключается проблема отсутствия сигнала из-за недостаточного количества спутников
Сверхмалое время инициализации – 90 секунд
Удобное подключение к существующей судовой сети через Ethernet
Высокая скорость слежения 40°/с (в два раза больше, чем требуется ИМО для высокоскоростных судов)
Высокоточные данные о бортовой/килевой качке в аналоговом и цифровом форматах для стабилизаторов качки, гидролокаторов, и др.
Контроль скорости перемещения носа и кормы судна для безопасной швартовки

Эхолот

Навигационный эхолот предназначен для надежного измерения, наглядного представления, регистрации и передачи в другие системы данных о глубине под килем судна (рис. 3.7). Эхолот должен функционировать на всех скоростях судна от 0 до 30 узлов, в условиях сильной аэрации воды, ледяной и снежной шуги, колотого и битого льда, в районах с резко меняющимся рельефом дна, скалистым, песчаным или илистым грунтом.

На судах устанавливаются гидроакустические эхолоты. Принцип их работы заключается в следующем: механические колебания, возбуждаемые в вибраторе-излучателе, распространяются в виде короткого ультразвукового импульса, доходят до дна и, отразившись от него, принимаются вибратором-приемником.

Эхолоты автоматически указывают глубину моря, которую определяют по скорости распространения звука в воде и промежутку времени от момента посылки импульса до момента его приема (рис. 3.8).

Эхолот должен обеспечивать измерение глубин под килем в диапазоне от 1 до 200 метров. Указатель глубин должен быть установлен в рулевой рубке, а самописец – в рулевой или штурманской рубке.

Для измерения глубин применяется также ручной лот в случаях посадки судна на мель, промера глубин у борта во время стоянки у причала и т. п.

Ручной лот (рис. 3.9) состоит из свинцовой или чугунной гири и лотлиня. Гиря выполняется в форме конуса высотой 25–30 см и весом от 3 до 5 кг. В нижнем широком основании гири делается выемка, которая перед замером глубины смазывается солидолом. При касании лотом морского дна частицы грунта прилипают к солидолу, и после подъема лота по ним можно судить о характере грунта.

Разбивка лотлиня производится в метрических единицах и обозначается по следующей системе: на десятках метров вплетаются флагдуки различных цветов; каждое количество метров, оканчивающееся цифрой 5, обозначается кожаной маркой с топориками.

В каждой пятерке первый метр обозначается кожаной маркой с одним зубцом, второй – маркой с двумя зубцами, третий – с тремя зубцами и четвертый – с четырьмя.

Примерно с конца XV в. получил известность простой измеритель скорости – ручной лаг. Он состоял из деревянной дощечки со свинцовым грузом формой в 1/1 круга, к которой прикреплялся легкий трос, имеющий узлы через равные промежутки (чаще всего 7 м). Для измерения скорости парусных судов, плававших в те времена, лаг, как приблизительно постоянная отметка на поверхности воды, бросали за борт и поворачивали песочные часы, отмеряющие определенную продолжительность времени (14 с). За время, пока сыпался песок, матрос считал количество узлов, которые проходили через его руки. Число узлов, полученных за это время, давало в пересчете скорость судна в морских милях в час. Этот способ измерения скорости объясняет возникновение выражения «узел».

Лаг – навигационный прибор для измерения скорости судна и пройденного им расстояния. На морских судах применяются механические, геомагнитные, гидроакустические, индукционные и радиодоплеровские лаги.

относительные лаги, измеряющие скорость относительно воды;
абсолютные лаги, измеряющие скорость относительно дна.

Гидродинамический лаг – относительный лаг, действие которого основано на измерении разности давления, которая зависит от скорости судна. Основу гидродинамического лага составляют две трубки, выведенные под днище судна: выходное отверстие одной трубки направлено к носовой части судна; а выходное отверстие другой трубки находится заподлицо с обшивкой. Динамическое давление определяется по разности высот воды в трубках и преобразуется механизмами лага в показания скорости судна в узлах. Кроме скорости, гидродинамические лаги показывают пройденное судном расстояние в милях.

Индукционный лаг – относительный лаг, принцип действия которого основан на зависимости между относительной скоростью проводника в магнитном поле и наводимой в этом проводнике электродвижущей силой (ЭДС). Магнитное поле создается электромагнитом лага, а проводником является морская вода. Когда судно движется, магнитное поле пересекает неподвижные участки водной среды, при этом в воде индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости перемещения судна. С электродов ЭДС поступает в специальное устройство, которое вычисляет скорость судна и пройденное расстояние.

Гидроакустический лаг – абсолютный лаг, работающий на принципе эхолота. Различают доплеровские и корреляционные гидроакустические лаги.

Геомагнитный лаг – абсолютный лаг, основанный на использовании свойств магнитного поля Земли.

Радиолаг – лаг, принцип действия которого основан на использовании законов распространения радиоволн.

На практике отсчеты лага замечают в начале каждого часа и по разности отсчетов получают плавание S в милях и скорость судна V в узлах. Лаги имеют погрешность, которая учитывается поправкой лага.

Радионавигационные приборы

Судовая радиолокационная станция (РЛС) предназначена для обнаружения надводных объектов и берега, определения места судна, обеспечения плавания в узкостях, предупреждения столкновения судов (рис. 3.10).

В РЛС используется явление отражения радиоволн от различных объектов, расположенных на пути их распространения, таким образом, в радиолокации используется явление эха. РЛС содержит передатчик, приемник, антенно-волноводное устройство, индикатор с экраном для визуального наблюдения эхо-сигналов.

Принцип работы РЛС следующий. Передатчик станции вырабатывает мощные высокочастотные импульсы электромагнитной энергии, которые с помощью антенны посылаются в пространство узким лучом. Отраженные от какого-либо объекта (судна, высокого берега и т. п.) радиоимпульсы возвращаются в виде эхо-сигналов к антенне и поступают в приемник. По направлению узкого радиолокационного луча, который в данный момент отразился от объекта, можно определить пеленг или курсовой угол объекта. Измерив промежуток времени между посылкой импульса и приемом отраженного сигнала, можно получить расстояние до объекта. Так как при работе РЛС антенна вращается, излучаемые импульсные колебания охватывают весь горизонт. Поэтому на экране индикатора судовой РЛС создается изображение окружающей судно обстановки. Центральная светящаяся точка на экране индикатора РЛС отмечает место судна, а идущая от этой точки светящаяся линия показывает курс судна.

Изображение различных объектов на экране радара может быть ориентировано относительно диаметральной плоскости судна (стабилизация по курсу) или относительно истинного меридиана (стабилизация по норду). Дальность «видимости» РЛС достигает несколько десятков миль и зависит от отражательной способности объектов и гидрометеорологических факторов.

Судовые РЛС позволяют за короткий промежуток времени определить курс и скорость встречного судна и избежать, таким образом, столкновения.

Средства автоматической радиолокационной прокладки (САРП) – это радиолокационные информационно-вычислительные комплексы, выполняющие автоматическую обработку радиолокационной информации. САРП выполняет следующие операции (рис. 3.11):

ручной и автоматический захват целей и их сопровождение;
отображение на экране индикатора векторов относительного или истинного перемещения целей;
выделение опасно сближающихся целей;
индикацию на табло параметров движения и элементов сближения целей;
проигрывание маневра курсом и скоростью для безопасного расхождения;
автоматизированное решение навигационных задач;
отображение элементов содержания навигационных карт;
определение координат местоположения судна на основе радио-локационных измерений.

Автоматическая информационная система (АИС) является морской навигационной системой, использующей взаимный обмен между судами, а также между судном и береговой службой для передачи информации о позывном и наименовании судна для его опознавания, координатах, сведений о судне (размеры, груз, осадка и др.) и его рейсе, параметрах движения (курс, скорость и др.) с целью решения задач по предупреждению столкновений судов, контроля за соблюдением режима плавания и мониторинга судов в море.

Электронные картографические навигационные информационные системы (ЭКНИС) являются эффективным средством навигации, существенно сокращающим нагрузку на вахтенного помощника и позволяющим уделять максимум времени наблюдению за окружающей обстановкой и выработке обоснованных решений по управлению судном (рис. 3.12).

Основные возможности и свойства ЭКНИС:

проведение предварительной прокладки;
проверка маршрута на безопасность;
ведение исполнительной прокладки;
автоматическое управление судном;
отображение «опасной изобаты» и «опасной глубины»;
запись информации в электронный журнал с возможностью дальнейшего проигрывания;
ручная и автоматическая (через Internet) корректура;
подача сигнала тревоги при приближении к заданной изобате или глубине;
дневная, ночная, утренняя и сумеречная палитры;
электронная линейка и неподвижные метки;
базовая, стандартная и полная нагрузка дисплея;
обширная и дополняемая база морских объектов;
база приливов более чем в 3000 точек Мирового океана.

Спутниковая система навигации – это система, состоящая из наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов (рис. 3.13).

GPS – это глобальная навигационная спутниковая система определения местоположения Global Position System. Система включает группировку низкоорбитальных навигационных спутников, наземные средства слежения и управления и самые разнообразные, служащие для определения координат. Принцип определения своего места на земной поверхности в глобальной системе позиционирования заключается в одновременном измерении расстояния до нескольких навигационных спутников (не менее трех) – с известными параметрами их орбит на каждый момент времени, и вычислении по измененным расстояниям своих координат.

Навигационные инструменты

Навигационный секстан – угломерный инструмент (рис. 3.14), служащий:

в мореходной астрономии – для измерения высот светил над видимым горизонтом;
в навигации – для измерения углов между земными предметами.

Слово «секстан» происходит от латинского слова Sextans – шестая часть круга.

Морской хронометр – высокоточные переносные часы, позволяющие получать в любой момент достаточно точное гринвичское время (рис. 3.15).

Судовое время определяется по меридиану местонахождения судна и чаще всего корректируется ночью вахтенным офицером. Так, например, при изменении долготы на 15° на восток часы переводятся на 1 час вперед, а при изменении долготы на 15° в западном направлении – на 1 час назад.

Для того чтобы в машинном отделении, столовой команды, каютах, салонах, барах, камбузе иметь точное и одинаковое показание времени, устанавливают электрические часы, корректируемые от главных часов, находящихся на мостике.

К прокладочным инструментам относятся (рис. 3.16):

измерительный циркуль – для измерения и откладывания расстояний на карте;
параллельная линейка – для проведения на карте прямых, а также параллельных заданному направлению линий;
навигационный транспортир – для построения и измерения углов, курсов и пеленгов на карте.

Кроме этого, на мостике находятся журналы, папки с документацией, навигационные карты, обязательные справочники и пособия и др. (рис. 3.17).

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: