Гирокомпас

Инж. Д. ИКОННИКОВ

Одним из основных навигационных приборов является компас. При его помощи можно определить направление с корабля на любой видимый предмет. Это — «определение пеленга» или «пеленгование», которым можно определить местоположение судна в море и нанести его на карту. Определение курса и пеленга возможно благодаря тому, что всякий компас обладает направляющей силой, удерживающей указатель компаса, например стрелку, в определенном постоянном направлении на горизонте наблюдателя.

Магнитный компас указывает направление на магнитный полюс земли, гироскопический — на полюс географический или истинный. Показания магнитного компаса могут изменяться под влиянием железа, из которого сделан корабль. Это и вызвало необходимость в гироскопическом компасе, свободном от влияния железа. Хотя гироскопический компас в конструктивном отношении намного сложнее магнитного, зато по направляющей силе он во много раз превосходит магнитный компас.

Гироскопом называется массивный плоский диск, быстро вращающийся вокруг своей оси, перпендикулярной к плоскости диска и проходящей через его центр. Подвеской гироскопа в системе карданных колец дают возможность оси его вращения занимать любое направление в пространстве.

Такой гироскоп называется «свободным гироскопом» и обладает двумя свойствами. Если его привести во вращение, ось приобретает устойчивость в пространстве; как бы мы ни вращали подставку гироскопа, ось его сохранит начальное положение. Если попытаться повернуть вращающийся гироскоп «вокруг одной из осей карданного подвеса, гироскоп окажет сопротивление и вместо этого повернется вокруг другой, перпендикулярной карданной оси.

На первый взгляд может показаться, что первого свойства свободного гироскопа вполне достаточно, чтобы пользоваться им, как компасом. На деле это не гак. Если мы в начальный момент направим ось гироскопа на полюс, установим ее в меридиане, то через некоторое время убедимся, что ось отошла от заданного направления. Объясняется это тем, что земля вращается, а вместе с ней вращается и меридиан, а так как ось гироскопа сохраняет в пространстве устойчивость, то мы и обнаружим только ее видимое движение, не будучи в состоянии заметить вращения земли.

Чтобы гироскоп превратить в гирокомпас, надо оси гироскопа придать движение в пространстве, равное по скорости и по направлению движения меридиана, вращающегося с землей. Тогда не будет существовать относительного движения между осью гироскопа и меридианом, ось гироскопа все время будет оставаться в меридиане, и мы получим гироскопический компас.

Для этого к свободному гироскопу подвешивают систему двух сообщающихся между собою сосудов и наполняют их ртутью.

Действие сосудов основано на том, что вместе с землей вращается не только меридиан наблюдателя, но и горизонт (этим вращением и обусловливается восход и заход светил). В силу вращения горизонта наблюдателя будет иметь место, видимый наклон оси гироскопа и связанных с ней ртутных сосудов. Больше ртути окажется в том сосуде, который видимым образом опустится к горизонту. Поэтому избыток ртути будет стремиться повернуть гироскоп вокруг горизонтальной оси карданного подвеса. Но в силу второго свойства свободного гироскопа фактическое движение произойдет вокруг вертикальной оси; это движение называется прецессионным. Всегда можно так распорядиться основными конструктивными данными гироскопа и сосудов, что прецессионное движение будет нужной скорости и направления.

Если ось гироскопа в момент приведения его во вращение занимала произвольное направление, то под влиянием ртутных сосудов и вращения вместе с землей плоскости горизонта, она сама собой установится в направлении меридиана, совершив свой подход к нему не сразу, но после некоторого затухающего колебательного процесса.

Диск гироскопа — ротор — приводится в непрерывное движение переменным трехфазным током. Сам гироскоп — это мотор переменного тока асинхронного типа. Гироскоп вместе с ртутными сосудами чувствует и воспринимает вращение земли и преобразует его в направляющую силу, поэтому эти органы носят в гирокомпасе название «чувствительного элемента».

Чувствительный элемент — самая существенная часть всего гирокомпаса. Он подвешивается в «следящей системе», назначение которой осуществить полную свободу подвеса чувствительного элемента.

Гирокомпас: 1 — указатели, 2 — станция, 3 — мотор-генератор, 4 — компас

Гирокомпас никогда не устанавливается на месте непосредственного пользования на мостике или в рулевой рубке. Гирокомпас приводит в действие ряд указателей, действующих от передатчика на компасе. Теория гирокомпаса показывает, что направляющая сила его уменьшается по мере приближения к полюсам и на самих полюсах сводится к нулю. При плавании в высоких широтах приходится учитывать это обстоятельство и знать, что силы трений одни и те же по величине, в высоких широтах наибольшим образом окажут свое вредное влияние и потребуют особо тщательного ухода за гирокомпасом. Практически можно считать, что гирокомпас может и должен вполне удовлетворительно работать до широт 80°.

На полюсе компас не может вообще давать каких-либо показаний, поскольку полюс является точкой пересечения всех меридианов, и там и само понятие «меридиан места» является неопределенным.