6. Гирокомпасы с автономным чэ. Инерционная девиация 1го рода.

Если период собственных незатухающих колебаний гирокомпа­са Т₀≠Т* то Δα≠Δδv и в соответствии с выражением у гирокомпаса возникает инерционная девиация 1го рода. В соот­ветствии с физическим смыслом формула дает зна­чение девиации на момент времени окончания маневра, т.е. максимальное значение.

Это первый вариант формулы наиболее четко отражающий причину появления инерционной девиации первого рода, — существо­вание неравенства периода T_Q гирокомпаса периоду М.Шулера T*. Получим еще один вариант формулы, более удобный для расчета. В предпоследнем выражении первое слагаемое, стоящее в скобках, умножим и разделим на cos φ. В итоге имеем:

Знаки девиации, возникающие при маневре судна в показаниях ГК, соответствуют общепринятым в навигации: при отклонении главной оси от положения динамического равновесия к востоку возникающая девиа­ция называется восточной (Е) и ей приписывают знак «+», при отклонении главной оси от положения динамического равновесия к западу — называет­ся западной (W) и ей приписывают знак «—». Их значение зависит от раз­ности значений скоростных девиаций в конце и начале маневра, а также от различия между широтой плавания и расчетной. Инерционная девиация первого рода будет равна нулю у апериодиче­ских гирокомпасов и при маневрировании судна в расчетной широте у неа­периодических. Основные осо­бенности инерционной девиации 1го рода: 1. Причина появления — из­менение северной составляющей скорости судна в условиях, когда период собственных незатухаю­щих колебаний гирокомпаса не ра­вен периоду М.Шулера. 2. Максимальное значение по времени — в момент завершения маневра. 3. Зависимость от широты ме­ста маневра определяется основ­ной формулой и состоит в том, что если один и тот же маневр выполняется в различных широтах, то знаки в широте выше φ* и ниже φ* противоположны, и чем больше широта места маневра отличается от расчетной широты, тем больше значение девиации . Особенно интенсивно она увеличивается когда φ>φ*

7. Гирокомпасы с автономным чэ. Инерционная девиация 2го рода, суммарная инерционная девиация.

Инерционная девиация второго рода. Анализ поведения чувствитель­ного элемента гирокомпаса при маневре судна проводился при отключенном успокоителе колебаний. Наличие жидкости в сосудах успокоителя при дей­ствии сил инерции нарушает апериодический переход главной оси в новое положение динамического равновесия и, следовательно, приводит к погреш­ностям в показаниях ГК. Погрешность, возникающая при маневре судна из-за наличия в чувстви­тельном элементе гирокомпаса включенного успокоителя колебаний, назы­вается инерционной девиацией второго рода.

Для выяснения сущности явления рассмотрим поведение гиросферы, снабженной успокоителем колебаний, когда судно, совершая маневр в рас­четной широте, получило ускорение вдоль меридиана. Инерционной по­грешности первого рода в этом случае не возникает (Т_о = 84,4 мин). Сила инерции F_х = M· , приложенная к пониженному центру тяжести О ги­росферы, создает момент L_y = F_x·a относительно оси Y_r–Y_r(рис). Главная ось прибора будет совершать инерционное перемещение (прецессировать) в сторону нового гироскопического меридиана N_к2(рис 2).

В то же время, поскольку сосуды успокоителя не перекрыты, под дейст­вием силы инерции F_х (см. рис. 1) масло начнет перетекать из северного сосуда в южный. В южном сосуде постепенно будет увеличиваться избыток жидкости, момент силы тяжести которого действует также вокруг оси Y_r–Y_r но в противоположном моменту L_y направлении. Следовательно, ско­рость инерционного движения (под действием момента L_y) замедлится и глав­ная ось гиросферы к концу маневра (точка 2 на рис. 2) не дойдет до но­вого положения гироскопического меридиана N_к2 (положения равновесия - точка 1). В показаниях прибора появится инерционная девиация второго рода.

В момент окончания маневра сила инерции F_x (см. рис. 1) становится равной нулю, перетекание масла из северного сосуда успокоителя в южный прекратится, исчезнет и момент L_y, вызывающий инерционное движение главной оси в сторону нового гироскопического меридиана. Под действием момента L_* = С·γ силы тяжести избытка жидкости в южном сосуде гиросфера сразу после маневра будет прецессировать к старому (до маневра) по­ложению равновесия N_к1 (см. рис. 2).

В течение примерно 20—30 мин ось гиросферы будет все дальше отходить в сторону первоначального положения гироскопического мериди­ана N_к1. Вследствие выравнивания уровня масла в сосудах успокоителя и возрастания маятникового момента указанное дви­жение прекращается (точка 3); инерционная девиация второго рода до­стигает максимального значения. В этом положении последствия маневра исчезают и главная ось с затухающими колебаниями придет в новое поло­жение гироскопического меридиана N_K2.

Если приписывать инерционной погрешности знаки, принятые в навига­ции («+» к востоку и «–» к западу), то можно считать, что следствием влия­ния на жидкостный успокоитель сил инерции при маневрировании судна является появление в показаниях ГК инерционной девиации второго рода. Ее характерными особенностями являются: достижение максимального зна­чения не сразу после окончания маневра, а примерно через четверть перио­да затухающих колебаний гиросферы (через 20—30 мин); направление всегда (независимо от характера маневра) в сторону первоначального положения гироскопического меридиана. Инерционная девиация второго рода в обычных условиях плавания не превышает ±0,5°. Для ее устранения в некоторых конструкциях гирокомпа­сов предусмотрен выключатель затухания, перекрывающий на время манев­ра соединительную трубку сосудов успокоителя.основные особенности инерционной девиации вто­рого рода.

1. Причины появления — наличие невыключенного демпфирующего устройства гирокомпаса (гидравлического успокоителя колебаний).

2. Максимальное значение по времени — примерно через четверть периода затухающих колебаний гиросферы после окончания маневра.

3. Зависимость от широты места маневра — знак первого максиму­ма девиации и практически ее величина не зависят от широты места маневра. Максимум девиации всегда направлен в сторону того компас­ного меридиана, который был положением равновесия оси ОХ до нача­ла маневра.

4. Проявление в «чистом» виде имеет место либо в расчетной ши­роте в случае неапериодического гирокомпаса, либо в любой широте того диапазона, в котором компас является апериодическим.

5. Предотвратить возникновение можно при использовании на время маневра устройства выключения затухания, т.е. отключив де­мпфирующее устройство (реализация для гирокомпаса «Курс-4» не­возможна, так как в комплекте отсутствует прибор управления выклю­чателем затухания; в гирокомпасе «Курс-5» и «Курс-4М» указанный прибор имеется всегда).

Если по отношению к апериодическому гирокомпасу «Курс-5» ре­комендация об использовании выключателя затухания носит вполне определенный и однозначный характер, а именно: его использование с целью предотвращения появления инерционной девиации второго рода всегда целесообразно, то с неапериодическим гирокомпасом типа «Курс-4М» положение сложнее. Поскольку инерционная девиация первого рода, возникающая у неапериодического гирокомпаса, имеет противоположные знаки в зависимости от того, где расположена широ­та места маневра (выше или ниже φ*), а инерционная девиация второго рода в этом смысле однозначна, оптимальной является следующая рекомендация: если φ>φ* (включая φ=φ*), то использование вы­ключателя затухания целесообразно, так как это приводит к уменышению суммарной инерционной девиации; если же φ<φ* то использо­вание выключателя затухания неэффективно.

Суммарная инерционная девиация. Гирокомпасы, находящиеся в экс­плуатации на судах морского и речного флота, являются неапериодическими и, как правило, не имеют прибора для выключения затухания. Поэтому при маневрировании судна в их показаниях в общем случае возникают одновре­менно инерционные девиации первого и второго рода. Это означает, что судоводителю приходится иметь дело с суммарной инерционной девиацией, которая может накапливаться при повторном маневрировании. Получение достоверных таблиц или графиков суммарной инерционной девиации пред­ставляет значительные трудности, да и их применение по ряду причин совер­шенно не оправдано. Для уменьшения влияния суммарной инерционной девиации на точность судовождения можно рекомендовать судоводителям вычислять перед манев­ром изменение меридиональной составляющей скорости судна по формуле ΔV_N = V₂ cos KK₂ – V₁ cos KK₁. Если ΔV_N 5-7 уз, то суммарная девиация ГК незначительна и мо­жет не приниматься в расчет. Если ΔV_N>7 уз или предварительная оцен­ка значения ΔV_N не производилась, то в течение 1,5—2 ч после маневра определение места судна следует выполнять способами, не связанными с пе­ленгованием. При отсутствии такой возможности надо использовать не менее трех пеленгов, взятых в течение короткого промежутка времени, чтобы все пеленги содержали одну и ту же погрешность, которую затем исключить из­вестными в навигации способами.

Анализ влияния длительного (конечного по времени) маневрирования.

1. Значение первого максимума сильно зависит от широты места маневра. Указанное значение уменьшается в диапазоне широт от φ=0° до φ<φ* = 60°, меняет знак на широте φ=φ* и значительно возрастает при широте φ>φ*. 2. В диапазоне широт от φ=0° до φ<φ* = 60° значение первого максимума девиации значительно зависит от продолжительности маневра. Чем маневр длительнее, тем меньше значение первого максимума. В диапазоне широт φ>φ* значение первого максимума деви­ации практически не зависит от продолжительности маневра. 5.Значение второго максимума девиации в данной широте места маневра практически не зависит от длительности маневра, т.е. остается неизменным. 4. Значение второго максимума девиации в диапазоне широт от φ=0° до φ<φ* практически не зависит от широты места. В диапазоне широт φ>φ* значение второго максимума значи­тельно возрастает с увеличением широты места.

Анализ влияния быстрого (бесконечно быстрого) маневрирования Если маневр совершается быстро (менее 5 мин), то допустимо оценивать влияние маневра на гирокомпас по формуле ΔV_N = V₂ cos KK₂ – V₁ cos KK₁ в которой нет времени маневра, а фиксируются только начальные и конечные параметры движения судна.

Особого внимания заслуживает рассмотрение влияния повторных маневров на показания гирокомпаса. Существенное значение при этом имеет явление «наследственности» колебаний гирокомпаса, открытое А.Н.Крыловым (1863—1945). Полное теоретическое исследование влияния повторных маневров судна на гирокомпас выполнено Б.В.Бул­гаковым (1900—1952). Суть этого явления состоит в следующем. Если судно совершает ряд маневров, следующих один за другим через интер­валы времени, меньшие, чем это необходимо для того, чтобы девиация от каждого предыдущего маневра практически исчезла до начала следующего, то чувствительный элемент гирокомпаса как бы «запоми­нает» девиацию от каждого отдельного маневра и полностью ее воспро­изводит во времени одновременно и независимо от девиаций, возника­ющих под действием других маневров, вследствие чего результирую­щая девиация представляет собой итог наложения всех составляющих девиаций с учетом времени возникновения каждой (результирующая девиация «на­следует» все составляющие). Результирующая девиация, возникающая при повторном маневрировании, может существенно отличаться как по значению, так и по характеру изменения во времени от той, которая появляется в результате однократного маневра.