146933 (Виды девиации магнитного компаса)

Реферат на тему:

Виды девиации магнитного компаса

Основным требованием к качеству решения задачи контроля за движением судна является обеспечение высокой точности и надежности получаемых результатов, где точность определяется величиной обычной для функционирования системы погрешностей, а надежность - вероятностью отсутствия в результатах аномальных погрешностей и сбоев.

Находящиеся в магнитном поле Земли детали набора и другие стальные и железные части судна постепенно намагничиваются и приобретают свойства магнита. В результате этого в окружающем судно пространстве возникает собственное магнитное поле, действие которого складывается с магнитным полем Земли. Магнитные стрелки судового компаса устанавливается по равнодействующей сил обоих полем, вследствие чего отклоняется от направления магнитного меридиана

Вертикальная плоскость, проходящая через ось свободно подвешенной магнитной стрелки компаса, установленного на судне, называется плоскостью компасного меридиана, а след от пересечения этой плоскости с плоскостью истинного горизонта - компасным меридианом NKSK. Направление компасного меридиана совпадает с диаметром картушки 0—180°.

Горизонтальный угол, на который плоскость компасного меридиана отклоняется от плоскости магнитного меридиана, называется девиацией магнитного компаса _e,_w, (рис.1).

Девиация отсчитывается от северной части магнитного меридиана N_M к Е или W от 0 до 180°. Еслн северная часть компасного меридиана Nk отклонена от N_M к востоку, то девиация имеет наименование Е (восточная) и ей приписывается знак плюс (+), если N_K — к западу, то W (западная) со знаком минус (-)

На каждом курсе девиации у судовых компасов различна. Это объясняется тем, что при изменении курса меняется положение судового железа относительно магнитных стрелок компаса.

Рис. 1. Девиация компаса восточная и западная _W

Кроме того, после поворота судна судовое железо частично перемагничивается что также приводит к изменению магнитного пола судна.

Девиация судовых компасов изменяется на одном и том же курсе при перемене широты места, что связано с изменением напряженности магнитного поля Земли и, следовательно, изменением намагниченности судового железа, а также при каждой погрузке или выгрузке грузов обладающих магнитными свойствами, при длительной стоянке судна в ремонте, при проведении электросварочных работ вблизи компасов, при сильном сотрясении корпуса судна.

Девиацию судового компаса периодически определяют для различных курсов и заносят в специальную таблицу, откуда ее выбирают при расчетах курсов и пеленгов. Зная значение девиации, можно по замеченным компасным направлениям рассчитывать направления относительно магнитного меридиана.

На современных стальных судах магнитное поле оказывается столь большим, что девиация у компасов может достигать десятков градусов, и при больших значениях девиации угол поворота судна, наблюдаемый по компасу, будет значительно отличаться от действительного изменения курса. Магнитное поле судна может, кроме того, настолько ослабить напряженность магнитного поля Земли, что ее горизонтальная составляющая Н становится неспособной преодолеть трение. Это обстоятельство ведет к застою картушки при поворотах судна.

Чтобы обеспечить надежную роботу компасов, производят уничтожение их девиации. Принцип уничтожения девиации заключается в компенсации магнитного ноля суди вблизи компаса.

В соответствии с международными стандартами, точность любого установленного на судне гирокомпаса должна отвечать следующим минимальным требованиям.

Установившаяся погрешность гирокомпаса — это разность отсчетов истинного и установившегося курсов. Установившийся курс — среднее значение из 10 отсчетов, взятых один за другим через 20 мин после того, как гирокомпас пришел в меридиан. Считается, что гирокомпас пришел в меридиан, если разность между значениями любых двух отсчетов, взятых через 30 мин, не превышает ±0,7°. Установившаяся погрешность на любом курсе в широтах 60° не должна превышать ±0,75° sec . Средняя квадратическая погрешность разностей между отдельными отсчетами курса и его средним значением должна быть менее 0,25° sec.

Стабильность установившейся погрешности гирокомпаса от пуска к пуску должна быть в пределах 0,25° sec . Стабильность установившейся погрешности основного прибора гирокомпаса должна быть в пределах ±1° sec  в обычных условиях эксплуатации и вариациях магнитного поля, которые может испытывать судно.

Требуется также, чтобы в широтах 60° включенный в соответствии с инструкцией гирокомпас пришел в меридиан за время не более 6 ч при бортовой и килевой качках с периодом колебаний от 6 до 15 с, амплитудой 5° и максимальном горизонтальном ускорении 0,22 м/с²; остаточная постоянная погрешность после ввода коррекции 'За скорость и курс при скорости 20 уз не должна превышать ±0,25° sec ; погрешность, вызванная быстрым изменением скорости, при начальной скорости 20 уз не должна превышать ±2°; погрешности, вызванные бортовой и килевой качкой с периодом колебаний от 6 до 15с, амплитудами 20°, 10° и 5° соответственно при максимальном горизонтальном ускорении, не превышающем 1 м/с², и рысканием судна должны быть не более 1° sec .

Максимальное расхождение в отчетах между основным прибором гирокомпаса и репитерами в рабочем состоянии не должно превышать ±0,5°.

До последнего времени считалось, что гирокомпас в принципе непригоден для быстроходных малых судов, самолетов и других объектов, испытывающих значительные вибрации и сотрясения.

Причины этого состоят в следующем:

при высоких скоростях гирокомпас приобретает значительную скоростную девиацию, для учета которой необходимо знать скорость объекта относительно Земли (грунта) и широту места;

движение в западном направлении с высокой скоростью вызывает уменьшение направляющего момента обычных гирокомпасов вплоть до эффекта «остановки Земли», когда западная составляющая скорости становится равной линейной скорости земного вращения и обычный гирокомпас полностью теряет направляющий момент.

Однако для использования он становится непригодным значительно раньше — когда уменьшающийся направляющий момент окажется того же порядка, что и возможные возмущающие моменты;

маневрирование на высоких скоростях вызывает недопустимо большие инерционные погрешности гирокомпаса. Единственным средством борьбы с инерционными погрешностями до последнего времени считалась «настройка» гирокомпаса на частоту Шулера, т. е. превращение его в апериодический гирокомпас. Однако для такой настройки необходимо автоматическое регулирование параметров гирокомпаса в функции скорости объекта и широты места, которые известны на объекте лишь с некоторой степенью точности. Естественно, что ошибки «апериодизации» вызовут появление нескомпенсированных инерционных погрешностей гирокомпаса, которые тем больше, чем выше уровень возмущающих сил инерции. Кроме того, существовало неправильное мнение, что создание апериодического компаса путем настройки на частоту Шулера в принципе возможно лишь для невысоких скоростей;

на высоких скоростях начинают проявляться эффекты центробежной и кориолисовой сил инерции, вызывающие дополнительные погрешности гирокомпаса;

для устранения инерционных погрешностей путем регулирования параметров гирокомпаса считалось необходимым значительно увеличить габариты его чувствительного элемента и комплектацию вспомогательных приборов.

Такие крупногабаритные гирокомпасы действительно были созданы, но при этом встретились почти непреодолимые трудности в их балансировке и изоляции от внешних возмущений и эффектов инерции собственных масс гирокомпаса. Такие гирокомпасы непригодны для малых объектов.

Таким образом, на первый взгляд, гирокомпас не может найти применения на новых быстроходных транспортных судах (судах на подводных крыльях и на воздушной подушке), а в будущем — на подводном транспортном флоте.

Однако перечисленные выше недостатки присущи только «классическому» типу гирокомпаса, применяющемуся в настоящее время на нашем флоте.

При изменении режима движения судна, к которому следует отнести маневры — изменения скорости, курса или выполнение циркуляции, в показаниях гирокомпасов возникают погрешности, называемые обычно инерционными девиациями. Их возникновение является следствием влияния на чувствительный элемент прибора моментов сил инерции от возникающих при маневрировании линейных ускорений. Многообразие инерционных воздействий и невозможность достаточно точного учета возникающих ускорений определяют сложность математических расчетов и получения конечных выражений для величин инерционных девиаций, что в свою очередь создает нередко непреодолимые трудности в их учете и устранении из показаний гирокомпаса. Поэтому применяется наиболее оправ­данный в подобных случаях метод оптимального расчета прибора, при котором удается получить такие его свойства, когда возникающие погрешности не будут превосходить заранее установленных техническими условиями пределов. Для судоводителей крайне важно понять характер возникновения погрешностей и те меры, которые могут быть применимы для их устранения.

Если выполняется условие апериодических переходов (т. е. судно находится в расчетной широте или гирокомпас апериодический и произведена нужная регулировка), то направление главной оси гирокомпаса во время маневра изменения скорости, все время совпадает с мгновенным значением скоростной девиации _v и никакой другой погрешности, кроме этой, в его показаниях не возникает.

Инерционная девиация II рода возникает в показаниях гирокомпаса при маневрировании судна вследствие воздействия сил инерции на гидравлический успокоитель.

При этом в успокоителе появляется избыток жидкости в каком-либо сосуде, который в свою очередь приводит к возникновению инерционной девиации.

В чистом виде инерционная девиация II рода возникает либо у апериодического гирокомпаса, или, если компас неапериодический, то при маневрировании в расчетной широте. В широтах, отличных от расчетной, в показаниях гирокомпаса возникают одновременно инерционные девиации I и II рода.

Для предотвращения появления инерционной девиации ІІ рода в некоторых конструкциях двухгироскопных компасов применяют специальные устройства — выключатели затухания, перекрывающие на время маневра соединительную трубку сосудов успокоителя.

Как правило, двухгироскопные гирокомпасы, находящиеся в эксплуатации па судах морского флота, являются неапериодическими и, кроме того, в комплекте гирокомпаса отсутствует прибор управления выключателем затухания. Это означает, что в общем случае при маневрах в показаниях гирокомпаса будет возникать одновременно инерционная девиация I и II рода. Таким образом, судоводителю следует считаться с тем, что показания гирокомпаса в течение некоторого интервала времени после завершения маневра будут неточны вследствие существования суммарной инерционной девиации _j.

Когда судно начинает движение, то в показаниях маятниковых гирокомпасов появляется погрешность, которая называется скоростной девиацией. Уравнение движения чувствительного элемента гирокомпаса в случае, когда судно движется с постоянной скоростью v_с и на постоянном курсе ИК, можно получить в следующем виде:

Поскольку существуют таблицы суммарной инерционной девиации рассчитанные в соответствии с приближенной теорией гирокомпаса и, так как каждый конкретный чувствительный элемент имеет в пределах заводских допусков определенное отклонение своих параметров от их стандартного значения, то не имеется достаточных оснований для прямого использования таблицы для расчета поправки гирокомпаса.

Однако качественная картина возникновения и развития во времени суммарной инерционной девиации должна приниматься судоводителем в расчет.

С целью уменьшения влияния суммарной инерционной девиации на точность судовождения можно предложить следующие рекомендации: