5.3. Магнитный компас

Магнитный компас является одним из первых приборов, устанавливаемых на самолете. Он устанавливается на всех типах ВС и считается одним из самых надежных источников информации о направлении перемещения летательного аппарата относительно воздушной среды. ¹⁹³Надежность магнитного компаса обеспечивается его автономностью и простотой конструкции. ¹⁹⁴Единственным источником энергии этого прибора является земной магнетизм, а его конструкция обеспечивает автоматическую установку магнитной стрелки в направлении на магнитные полюса Земли – Север и Юг. В настоящее время на самолетах, вертолетах и других летательных аппаратах устанавливаются магнитные компасы типа КИ (КИ-12, КИ-13), как правило, они применяются в качестве резервного источника курсовой информации при комплексной сверке показаний более точных основных курсовых приборов, а также для своевременного обнаружения их отказа.

Рис.5.2. Магнитный компас КИ -12.

На рисунке 5.2. показан разрез магнитного жидкостного компаса типа КИ – 12. Основными элементами компаса являются: чувствительный элемент (картушка) 1, колонка 2, курсовая черта 3, корпус 4, мембрана 5, девиационный прибор 6, подпятник 7, пружинная шайба 8, картушка 9, керн картушки 10, пружинное кольцо 11, два магнита 12.

Шкала картушки равномерная с ценой деления 5º, оцифровкой через 30 ºи буквами С, Ю, В и З (или, в некоторых конструкциях буквы N,S,E и W), которые соответствуют направлениям на север, юг, восток и запад. Оси магнитов 12 параллельны линии С – Ю шкалы. Девиационный прибор 6 служит для устранения полукруговой девиации. В корпус компаса заливается специальная жидкость – лигроин, которая обеспечивает демпфирование колебаний картушки. Курс воздушного судна указывается под вертикальной риской, которая нанесена на лицевой части окна компаса. Например, если продольная ось ВС направлена на магнитный южный полюс, то напротив вертикальной риски установится буква - S, что означает курс 180 градусов. Приготовьтесь к особенности индикации курса на шкалах магнитных компасов: если продольная ось ВС развернута на север, то восток по шкале картушки будет слева, то есть не справа, как это должно быть по правилу ориентации стран света. Причина этого проста: символ С, который нанесен на картушке компаса на самом деле находится на южной стороне картушки, а северное ее направление с индексом Ю «смотрит» на север. Это специально предусмотрено конструкцией прибора и относится так же и к востоку и к западу – каждое направление на картушке находится на стороне противоположной действительному направлению. Помните: разворачивается самолет, а не компас. Например, при развороте от направления на магнитный север к направлению на магнитный запад Вы, зная расположения сторон света, будете выполнять разворот ВС влево, хотя на шкале компаса запад отмечен справа. Разворот на запад будет завершен когда (символ – З или W) установится против риски отсчета курса.

5.3.1. Погрешности магнитных компасов

В этом параграфе рассмотрим причины того, почему магнитный компас, являясь самым надежным из авиационных курсовых приборов, не относится к числу точных приборов, а потому требует учета различных по величине и признакам погрешностей, как в установившемся полете, так и после выхода из маневра

Известно, что отсчет по шкале магнитного компаса указывает направление продольной оси ВС относительно северного магнитного полюса. При измерении этого направления, называемого курсом самолета ¹⁹⁵магнитные компасы по различным причинам, которые будут рассмотрены в этом параграфе, имеют такие основные погрешности:

• девиация компаса (к);

• поворотная погрешность (погрешность при развороте).

• ускорительные девиации.

Девиация компаса (к)

Стрелка магнитного компаса в силу одновременного воздействия на нее: магнитного поля, создаваемого стальными деталями ВС; электромагнитного поля, создаваемого при работе электрооборудования и радиооборудования; а также установочной ошибки нуля шкалы по продольной оси ВС устанавливается не по магнитному, а по, так называемому , компасному меридиану. Поэтому компасный и магнитный меридианы не совпадают на угол, соответствующий девиации компаса.

¹⁹⁶Девиация компаса (к) – это разность между магнитным и компасным курсами (см. рис.5.1.), а разность между истинным и компасным курсами называется вариацией ().

Девиацию компаса от положения продольной оси относительно вектора горизонтальной составляющей магнитного поля Земли можно выразить в виде математической зависимости коэффициентов разложенных в гармонический ряд Фурье

к = A + BsinMКi + CcosMКi +Dsin2MКi + Ecos2MКi,

где, A – коэффициент постоянной девиации, возникающий от неточной установки корпуса прибора по продольной оси ВС или индукционного датчика (ИД) в гироиндукционных компасах.

¹⁹⁷B и C – коэффициенты, отражающие полукруговую девиацию (дважды обращающуюся в нуль при развороте ВС на 360°). Полукруговая девиация вызывается постоянными вращающимися с ВС магнитными полями, возникающими под воздействием цепей постоянного тока и так называемым "твердым железом" (металлическими массами на борту, сохраняющими свою намагниченность при разворотах ВС). Важное примечание: коэффициенты В и С изменяются не пропорционально при изменении значения . Поэтому при перелете ВС в другой район (изменение магнитной широты) может изменяться к.

¹⁹⁸D и E – коэффициенты отражающие четвертную девиацию (четырежды обращающуюся в нуль при развороте ВС на 360°). Они вызываются "мягким железом" – металлическими массами, меняющими напряженность своего поля в зависимости от положения продольной оси ВС относительно магнитного меридиана. Коэффициенты D и E изменяются пропорционально изменению , поэтому вызываемая ими девиация не изменяется при изменении магнитной широты.

Порядок устранения полукруговой девиации магнитного компаса

Устранение полукруговой девиации компаса выполняют в такой последовательности:

1. ¹⁹⁹Устанавливают ВС на МК=0°, определяют девиацию компаса к=МК–КК и вращением удлинителя "С–Ю"( на девиационном устройстве) доводят к до нуля, т.е. добиваются, чтобы КК=МК.

2. Устанавливают ВС на МК=90°, определяют девиацию компаса и вращением удлинителя "В–З" доводят к до нуля.

3. Устанавливают ВС на МК=180°, определяют и записывают в протокол к₁₈₀, затем вращением удлинителя "С–Ю" уменьшают ее в два раза.

4. Устанавливают ВС на МК=270°, определяют и записывают в протокол к₂₇₀, затем вращением удлинителя "В–З" уменьшают ее в два раза.

После устранения полукруговой девиации удлинителем девиационного устройства фиксируют в соответствии с инструкцией.

Порядок определения и устранения постоянной девиации и установочной ошибки магнитного компаса

1. ²⁰⁰Рассчитывают значение и знак постоянной девиации и установочной погрешности по формуле:

,

где к₁₈₀ и к₂₇₀ – девиация на магнитных курсах 180° и 270° до устранения полукруговой девиации.

2. Устраняют установочную погрешность поворотом корпуса компаса (корпуса ИД) на значение к_УСТ:

• вправо, если знак погрешности "плюс";

• влево, если знак погрешности "минус".

Списывание остаточной девиации и составление графика к=f(ККi)

1. ²⁰¹Устанавливают ВС последовательно на 8 курсов с дискретностью в 45° (МК=270°, 315°, ... 225°). На каждом МК определяют к_i и фиксируют их в протокол девиационных работ.

2. По данным остаточной девиации составляют график к=f(Ккi) и закрепляют в кабине ВС в специальных местах. График строят по компасным курсам (из протокола) на которых фактически определялась девиация компаса.

Рис. 5.3. График к = f(КК_i)

²⁰²На самолетах, где чувствительный элемент измерения направления горизонтальной составляющей- индукционный датчик (ИД) установлен в местах слабого влияния на него металлических масс и токов электрических цепей, девиационное устройство на ИД не устанавливается.

Поворотная ошибка

Из-за вытянутой формы магнитного поля земли, силовые линии, которого входят в ее поверхность на полюсах, возникает поворотная ошибка. Эта девиация оказывает свое влияние по-разному при пересечении различных направлений магнитных силовых линий:

• Северная поворотная ошибка – при пересечении самолетом направления на север компас изначально указывает разворот в противоположном направлении, а затем заниженные относительно действительных показания курса, т.е. запаздывает..

• Южная поворотная ошибка - при пересечении самолетом направления на юг компас показывает завышенные относительно действительных показания курса, т.е. опережает.

• При пересечении направлений на восток (90º) или на запад (270º) поворотная ошибка отсутствует.

Магнитные компаса имеют самые точные показания в условиях полета на постоянной высоте, с постоянной скоростью и с постоянным направлением. При полете в условиях слабой турбулентности показания компаса можно усреднить. Например, компас показывает магнитный курс в пределах 20 и 30° – средний курс будет равен 25°. В сильной турбулентности показаниями компаса пользоваться невозможно.

Ускорительные девиации

²⁰³Этот вид девиации возникает вследствие горизонтальных ускорений или торможений. При ускорении самолета компас будет индицировать завышенные направления, при торможении – заниженные. Это вызвано тем, что картушка компаса наклоняется, поэтому не дает компасу скорректировать ее истинное положение относительно магнитного поля земли. Картушка под воздействием ускорений поворачивается, уводя показания на увеличение показаний, а при торможении, наоборот - на их уменьшение. На величину ускорительной девиации влияет магнитное склонение. Чем больше М, тем больше погрешность. Этот вид девиации вызывается кориолисовым ускорением в горизонтальном полете и центробежным ускорением (в развороте).

Наиболее ярко выражена девиация ускорения при полете в направлении на восток или запад, а наименьшее ее проявление наблюдается при полете на северных или южных направлениях. При значительных продольных ускорениях чувствительный элемент наклоняется относительно истинного горизонта. Так, ускорение на разбеге может вызвать ускорительную девиацию в десятки градусов.

²⁰⁴Краткий обзор принципа работы магнитных компасов позволяет заключить, что опорным направлением, которое они измеряют, является направление вектора горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли.

В этой главе (см. п. 5.4.) будут рассмотрены также гироскопические курсовые приборы, в которых опорным направлением является направление главной оси навигационного гироскопа. Следует обратить внимание на то, что это опорное направление не измеряют, а задают и сохраняют в условно инерциальном пространстве при помощи гироскопических курсовых приборов.