гирокомпасы ревенко в.ю.

  • 3,236 views
Uploaded on

 

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
3,236
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2

Actions

Shares
Downloads
11
Comments
0
Likes
0

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. В.Ю. РЕВЕНКО ЭЛЕКТРОНАВИГАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ РАЗДЕЛ ГИРОКОМПАСЫ Одесса-2011
  • 2. ВВК УДК Рецензенты: Игорь Викторович Сафин - кандидат технических наук, капитан дальнего плавания, директор судоходной компании V.Ships Украина. Татьяна Семеновна Иванченко - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математических методов анализа экономики - Одесского национального экономического университета. Виталий Юрьевич Ревенко. ЭЛЕКТРОНАВИГАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ Раздел: Гирокомпасы. Учебное пособие. - 313 с. Учебное пособие подготовлено в соответствии с учебной программой курса «Электронавигационные приборы» мореходного колледжа технического флота Одесской национальной морской академии. В учебном пособии освещены вопросы основы теории гироскопа; теория и принцип работы гирокомпасов с автономным и корректируемым чувствительными элементами. Дан анализ точности функционирования гирокомпасов на судах в различных условиях плавания. Дано описание типовых гирокомпасов «Курс-4», «Курс-4М», Anschutz «Стандарт-14», «TG-5000», их конструкции, комплектации и эксплуатации, а так же приведена методика оценки пригодности чувствительного элемента к навигационному использованию; влияние стационарного режима движения судна на параметры гирокомпаса; влияние маневрирования судна на гирокомпас; расчет поправки гирокомпаса; сличения компасов. Таким образом учебное пособие дает возможность повысить уровень знаний как в теоретическом, так и в конструктивно-практическом применении гирокомпасов на судах морского флота. Основные положения учебного пособия сопровождаются большим количеством рисунков, схем и таблиц. Учебное пособие предназначено для подготовки курсантов дневного и заочного обучения по специальности "Судовождение на морских путях". ISBN 978-966-2361-45-2
  • 3. ВВЕДЕНИЕ Важнейшими величинами, измерение которых постоянно требуется в современном судовождении, являются направления. Основным прибором для их определения на современном судне служит компас. Наибольшее распространение в настоящее время имеют гироскопические компасы, или гирокомпасы, а также применяемые при плавании в высоких широтах гироскопические указатели направлений – гироазимуты. Действие этих приборов основано на использовании свойства быстро вращающегося тела – гироскопа – сохранять неизменным в пространстве заданное направление оси вращения. Устройство гирокомпасов значительно сложнее общеизвестных магнитных компасов; в большинстве случаев они имеют несколько большие габариты и вес и во всех случаях требуют электропитания от судовой сети. Однако благодаря большой точности показаний, устойчивости работы, пригодности для комплексирования с другими судовыми устройствами и возможности использования в высоких широтах гирокомпасы и гироазимуты в настоящее время являются на судах всех классов основными приборами для определения главнейших в судовождении направлений – курсов и пеленгов. Многие другие гироскопические приборы также находят широкое применение в современном судовождении, так, например, гировертикали используются в секстанах для создания искусственного горизонта, гиростабилизаторы – в инерциальных навигационных системах с целью создания стабилизированной платформы для установки акселерометров. Данное учебное пособие дает возможность изучить основы прикладной теории гироскопа и на этой базе изучить принцип, теорию и особенности работы двух основных типов гирокомпасов, используемых на морских судах: гирокомпасы с автономным чувствительным элементом; гирокомпасы с корректируемым чувствительным элементом. А также приведены для изучения типовые гирокомпасы с описанием их устройства и эксплуатации. 3
  • 4. 1. ОСНОВЫ ПРИКЛАДНОЙ ТЕОРИИ ГИРОСКОПА 1.1. Основные определения и понятия 1.1.1. Определение понятия “гироскоп” Термин “гироскоп” (от греческих слов “гирос” – вращение и “скопео” – наблюдать, видеть) ввел в научный обиход французский физик Леон Фуко (1819–1868) в 1852 г., назвав гироскопом прибор, позволяющий обнаруживать вращение Земли. В широком смысле гироскопом называют устройство, позволяющее обнаруживать и измерять в инерциальном пространстве вращение того основания, на котором это устройство установлено. В технических приложениях, связанных с морскими гироскопическими приборами, под гироскопом понимают динамически симметричное быстровращающееся твердое тело, ось вращения которого может произвольно изменять свое направление в пространстве. Прототипом гироскопа является известный с древних времен волчок, представляющий собой диск, закрепленный на заостренной ножке. Под действием силы (толчка) быстровращающийся волчок не опрокинется, а лишь отскочит в сторону, сохранив почти неизменным направление оси вращения. Если запустить волчок в наклонном положении, зафиксировав конец оси в углублении, то под действием силы веса ось медленно опишет некоторую коническую поверхность вокруг отвесной линии. Эти свойства быстровращающегося волчка нашли широкое применение в технике. В общей динамике твердого тела гироскопом называют тело произвольной формы, совершающее вращение около одной закрепленной точки, являющейся его опорой. Рассмотрим лабораторный гироскоп (рис. 1.1). Массивный диск 1, утяжеленный по периферии, называется ротором гироскопа (ГС). Ротор жестко закреплен на оси, входящей в два диаметрально расположенных подшипника внутреннего кольца (рамки) 2. Ось Х-Х называется главной осью. Вокруг главной оси ротору сообщается быстрое вращение, называемое собственным или главным вращением. Цапфы внутреннего кольца входят в подшипники вертикального кольца 3, определяя горизонтальную ось гироскопа Y–Y. Вокруг этой 4
  • 5. оси ротор гироскопа может поворачиваться вместе с внутренним кольцом. Цапфы вертикального кольца входят в подшипники наружного кольца (на рисунке оно не показано), укрепленного на подставке 4. В наружном кольце ротор ГС может поворачиваться вместе с внутренней и вертикальной рамками вокруг вертикальной оси Z–Z. Оси Y–Y, Z–Z называются экваториальными. Оси Х–Х, Y–Y, Z–Z называ-z ют еще осями Резаля по имени французского ученого Анри Реза1 2 ля, одного из первых создателей -y теории гироскопа. -x Все три оси ГС пересекаютO ся в одной точке О, называемой точкой подвеса ротора ГС. Все x три оси взаимно перпендикулярy 3 ны. Точка подвеса остается не4 подвижной при вращении ГС вокруг любой из его осей. Подобный подвес называется кардановым по имени итальянского учеz ного Джероламо Кардано (1501Рис.1.1. Простейший гироскоп 1576), а кольца подвеса – кардав кардановом подвесе новыми кольцами. В теории гироскопии рассматриваются только поворотные движения ГС. Если ГС может поворачиваться одновременно вокруг трех осей, то он называется гироскопом с тремя степенями свободы. Если лишить ГС возможности поворачиваться вокруг одной из осей Y–Y или Z–Z , то получим ГС с двумя степенями свободы. Такой ГС называют связанным гироскопом. Лишив ГС поворачиваться вокруг обеих осей Y–Y и Z–Z, получим ГС с одной степенью свободы. Гироскоп с тремя степенями свободы, центр тяжести которого совмещен с точкой подвеса, называется уравновешенным или астатическим. Если центр тяжести не совпадает с точкой подвеса, то такой ГС называется тяжелым, т.к. он подвержен воздействию силы тяжести. Гироскоп, на который не действуют никакие моменты внешних сил, включая силы трения в подвесе, называют свободным. Практически таким считают уравновешенный ГС с малым трением в подвесе. 5
  • 6. 1.1.2. Подвесы, применяемые в гироскопах Наиболее простым и распространенным устройством, посредством которого осуществляется подвес гироскопа, является, уже рассмотренный нами, карданов подвес. Но могут быть и другие способы подвеса: - электромагнитный; - гидродинамический; - аэродинамический; - электростатический и др. Широко применяется в навигационных приборах жидкостный или гидростатический подвес. Он позволяет в значительной мере снизить момент сил трения относительно осей Резаля поскольку герметичная сфера с гироскопом, называемая гиросферой, погружена в жидкость. Однако в чистом виде такой подвес не применяется по двум причинам: во–первых, практически невозможно терморегулированием обеспечить нулевую плавучесть гиросферы (изменение плотности поддерживающей жидкости); во–вторых, нельзя предупредить боковые перемещения гиросферы под действием сил инерции. Чтобы предотвратить это, гидростатический подвес применяется в сочетании с электромагнитным, например, в маятниковых двухгироскопных компасах типа «Курс» и «Амур». Принцип комбинированного подвеса заключается в следующем (рис. 1.2). Следящая сфера Установочное кольцо Торсионы Гиросфера О Гиросфера G Следящая сфера Рис.1.2. Жидкостный электромагнитный подвес гиросферы Рис.1.3. Жидкостный упругий подвес гиросферы 6
  • 7. В гиросфере с ГС в нижней ее части размещены горизонтально обмотки, через которые пропускают переменный ток. Магнитное поле этих обмоток наводит во внешней следящей сфере вихревые токи. Взаимодействие магнитных полей вихревых токов с первичными полями обмоток приводит к появлению центрирующих сил, которые компенсируют остаточную отрицательную плавучесть гиросферы и препятствуют ее перемещению под воздействием сил инерции при маневрировании судна и на качке. Такой гидростатический подвес, с так называемым электромагнитным “дутьем”, применяется в гирокомпасах (ГК) типа «Курс». У гирокомпаса «Амур» такое дутье имеется также в верхней части гиросферы. Применяется также сочетание жидкостного подвеса с упругим – торсионным подвесом (рис. 1.3). Гиросфера подвешена на горизонтальных и вертикальных торсионах скрепленных со следящей сферой, являющейся корпусом гироблока. Гироблок заполнен поддерживающей жидкостью, которая придает гиросфере плавучесть близкую к нейтральной. Торсионы, изготовленные из тонкой стальной проволоки, не только надежно центрируют гиросферу внутри гироблока, но и позволяют прилагать к ней управляющие и корректирующие моменты. Гидростатический подвес с торсионами применяется в ГК типа «Вега». 1.1.3. Общий обзор свойств гироскопа Как уже отмечалось, уравновешенный ГС с тремя степенями свободы, у которого сумма моментов всех внешних сил, включая силы трения в подвесе, равна нулю, а его центр тяжести совмещен с точкой подвеса, называется свободным. Практически совершенно свободный гироскоп создать пока не представляется возможным. Однако существующие ГС имеют настолько малые силы трения в подвесе, что их можно считать свободными. Если ротор ГС не имеет вращения, то такой ГС ничем не отличается от других тел: он может занять в пространстве любое произвольное положение; при воздействии внешней силы, удара на внутреннее кольцо ротор поворачивается в направлении действия силы. Но если ротору сообщено быстрое вращение, то картина резко изменяется: поворот или наклон подставки не вызовет заметного изменения направления главной оси; действие удара по внутреннему 7
  • 8. кольцу не приведет к изменению положения оси ГС, а под воздействием постоянной приложенной силы ГС повернется в перпендикулярной ей плоскости. На основании таких опытов можно сформулировать основные свойства трехстепенного гироскопа. Первое свойство – устойчивость – состоит в том, что главная ось свободного гироскопа стремится удержать свое направление неизменным в инерциальном пространстве. Это означает, что если главная ось направлена, например, на звезду, то при любом перемещении основания, на котором установлен ГС, ось будет неизменно указывать на эту звезду, изменяя свою ориентацию по отношению к системе координат, связанной с Землей. Второе свойство – прецессия – состоит в том, что под действием внешней силы, приложенной к внутреннему или внешнему кольцу и создающей момент, не совпадающий с направлением главной оси, последняя будет двигаться не по направлению действия силы, а перпендикулярно этому направлению. Подобное свойство гироскопа называется прецессией. Прецессионное движение происходит только при действии момента силы (рис. 1.11, 1.12 и пояснения к ним). Третье свойство – устойчивость по отношению к удару. Под действием импульса силы (удара) главная ось ГС практически не изменяет первоначального направления, а лишь совершает быстрые затухающие колебания вокруг положения равновесия с малой амплитудой и большой частотой. Эти колебания называются нутацией. Они особенно заметны при небольшой угловой скорости вращения ротора. Свойства свободного ГС используются в гирокомпасах, гирогоризонтах, гиростабилизаторах и других гироскопических приборах. Свойство гироскопа с двумя степенями свободы. Если, например, жестко соединить вертикальное кольцо с основанием, то в этом случае ГС лишается одной степени свободы вокруг оси Z–Z (рис. 1.4). Гироскоп с двумя степенями свободы не обладает ни одним из тех свойств, которые имеет гироскоп с тремя степенями свободы. Если придать основанию, на котором установлен гироскоп, вращение вокруг оси, относительно которой ГС лишен степени свободы (в данном случае относительно оси Z–Z), то ротор вместе с кольцом подвеса поворачивается вокруг оси подвеса Y–Y до тех пор, пока ось X–X собственного вращения не совпадет с осью вынужденного вращения основания, т.е. с осью Z–Z. 8
  • 9. -z -y F1 x -x x -x F2 1.5. Гироскоп с одной степенью свободы y Свойство гироскопа с одной степенью свобоz ды. Пока основание неподвижно, никаких гиро1.4. Гироскоп с двумя скопических свойств тело степенями свободы не имеет. Они возникают в том случае, если вращение основания вызовет вынужденное вращение тела вокруг оси, не совпадающей с осью его собственного вращения. В этом случае, в соответствии со свойством ГС с двумя степенями свободы ось собственного вращения X–X стремиться совпасть с осью вынужденного вращения. Этому препятствуют опоры главной оси. Действие ротора на опоры выражается в виде приложения к ним сил F1 и F2 (рис. 1.5), которые получили название гироскопических сил. Это необходимо учитывать на объектах, изменяющих направление движения – судовая или авиационная турбина, винт вертолета. 1.1.4. Кинетический момент Напомним некоторые общие понятия теоретической механики, изучающей движение материальных тел и их взаимодействие. Материальной частицей называют мысленно выделенную сколь угодно малую часть тела. В отличие от реально существующих материальных частиц материальная точка является абстрактным понятием. Силой называют меру механического воздействия в данное мгновение на материальную частицу со стороны других материальных тел, учитывающую величину и направление этого воздействия. В механике силу понимают как некоторый вектор, характеризуемый 9
  • 10. модулем, направлением и точкой приложения. Две силы называются равными по числовому значению, но противоположно направленными, если они, будучи приложенными к материальному телу, не сообщают ему ускорения. Массой материальной частицы m называют меру ее инерции, численно выражающуюся отношением модулей силы, действующей на частицу, и вызванного ею ускорения a, т.е. m = F/a. Отношение силы к ускорению всегда равно одной и той же величине m = сonst. Произведение массы на скорость Q = mv называется импульсом или количеством движения. Мерой, характеризующей изменение скорости точки в данное мгновение, является ускорение. Ускорение является векторной величиной и выражается первой производной от вектора скорости по времени. Вращательное движение – это такое движение, при котором две точки на поверхности тела остаются неподвижными. Прямая, проходящая через эти точки, называется осью вращения. Дадим характеристику основным положениям, на коr торых базируется теорема о O s ϕ кинетическом моменте, объясняющая движение гироскопа. A Вектор угловой скороРис.1.6. Угловая скорость сти и его производная. Рассмотрим движение по окружности с радиусом r произвольной точки А (рис. 1.6). Тогда, перемещение s = rφ. Значение скорости v = ds/dt = rdφ/dt. Скорость изменения угла dφ/dt = ω называется угловой скоростью. Она одинакова для всех точек твердого тела. Если эта скорость постоянна, то она называется круговой частотой ω вращения твердого тела вокруг оси. С периодом вращения Т твердого тела она связана соотношением ω = 2π/Т. Чтобы охарактеризовать вращательное движение тела (в нашем случае гироскопа) необходимо знать: - ось вращения; - направление вращения; - угол, на который поворачивается каждая точка ГС за единицу времени. 10
  • 11. z Для этого используют вектор угy ловой скорости, который строится по правилам (рис. 1.7): - вектор угловой скорости всегда расO Ω полагается по оси вращения; x x - направление вектора выбирают таким, чтобы из его конца вращение усматривалось против направления двиy жения часовой стрелки; z - длина вектора в некотором масштабе Рис.1.7. Вектор угловой выбирается равной численной величискорости ротора не угловой скорости, т.е. по модулю он равен скалярной величине dφ/dt. Точку приложения вектора угловой скорости Ω можно выбирать на оси произвольно, но принято ее брать в центре ГС (точка О). При своем изменении вектор в общем случае изменяет и числовое значение (длину) и направление. Поэтому для полной характеристики вращательного движения ГС необходимо знать длину и направление Ω в каждый момент времени, т.е. знать скорость изменения вектора. В математическом анализе вводится понятие производной вектора по времени (рис. 1.8), причем доказывается, что производная вектора по времени равна линейной скорости точки – конца вектора, т.е. V = dΩ/dt. Количество движения и момент количества движения. Выделим мысленно в теле ротора гироскопа материальную точку Аі с массой mi (рис. 1.9). Эта точка движется по окружности радиусом ri с линейной скоростью равной vi = riΩ, направленной по касательной к окружности, описываемой точкой Ai. m iv i z vi x dΩ i V= Ai r Ω dt y y Рис. 1.8. Производная вектора hi Ω x H z Рис. 1.9. Количество движения 11
  • 12. Количеством движения материальной точки называется произведение массы этой точки на ее линейную скорость: qi = mivi. Линейная скорость vi – вектор, следовательно, количество движения также вектор, приложенный к движущейся точке и совпадающий по направлению с вектором линейной скорости. Подобно тому, как в механике вводится понятие момента силы, введем понятие момента количества движения материальной точки. Моментом количества движения материальной точки относительно оси называется произведение количества движения этой точки на ее расстояние до оси вращения: hi = qi ri = mi vi ri = mi Ωi ri2. Вектор hi момента количества движения строят на оси вращения в сторону, с которой вращение точки Ai усматривается против часовой стрелки. Для каждой из n материальных точек, образующих тело ротора ГС, можно записать: или n i =1 H = h1+h2+…+hi+…+hn n i =1 2 ∑ h i = Ω ∑ m i ri . n Сумма ∑ hi представляет собой не что иное, как момент колиi =1 чества движения всего ротора: n H = Ω ∑ m i ri 2 . i =1 Сумма произведений масс материальных частиц, составляющих тело, на квадраты их расстояний до некоторой оси называется моментом инерции тела: n J = ∑ mi ri2. i =1 Кинетический момент гироскопа равен произведению момента инерции ротора на его собственную угловую скорость: H = JΩ. 12
  • 13. Направление вектора кинетического момента H совпадает с направлением вектора угловой скорости. Момент инерции ротора зависит не только от его массы, но и от распределения этой массы по расстояниям относительно оси вращения. Кинетический момент инерции гироскопа H является наиболее точной и полной его характеристикой. 1.2. Теорема о кинетическом моменте и ее применение 1.2.1. Теорема о кинетическом моменте Теорема о кинетическом моменте имеет важное значение в теории гироскопии, с ее помощью можно доказать основные свойства гироскопа, которые были рассмотрены ранее лишь со стороны их внешнего проявления. Помимо силы, обуz словливающей собственное y вращение ротора ГС вокруг его главной оси, к ГС могут быть приложены различные F внешние силы, стремящиеся O Ω H развернуть его вокруг оси x Y-Y или Z-Z. A На рис. 1.10 показана реL зультирующая внешних сил в виде вектора F , приложенa ного в точке А, удаленной от y центра О по оси X-X на расz стояние a, называемое плеРис.1.10. Момент внешней силы чом действия силы. В этом случае момент внешней силы равен: L = F asin( F ^a) и, если F ^a = 90°, то L = F a. Момент внешней силы L , также как и угловая скорость Ω и кинетический момент H , является векторной величиной. Вектор момента внешних сил располагается на оси, относительно которой действует сила и направлен так, чтобы из конца этого вектора действие силы наблюдалось против часовой стрелки. Рассматривая твердое тело как совокупность n материальных точек (рис.1.9) и считая, что на тело действует k внешних сил, теоре13
  • 14. ма о кинетическом моменте определяет закон изменения вектора кинетического момента при действии на гироскоп внешних сил. Теорема формулируется и записывается следующим образом: первая производная по времени от вектора кинетического момента вращающегося тела равна вектору главного момента всех внешних сил, действующих на тело, т.е. dH = L. dt Производную от кинетического момента здесь нужно понимать в векторном смысле. При движении твердого тела, если действует сила, его кинетический момент изменяет с течением времени величину и направление. Конец вектора кинетического момента, перемещаясь в пространстве, описывает некоторую кривую – годограф кинетического момента. Тогда производная кинетического момента dH / dt есть скорость точки годографа, т.е. скорость конца вектора H . Известно, что производная по времени от любого вектора равна скорости U движения конца этого вектора, т.е. dH = U или U = L . dt Итак, скорость движения конца вектора кинетического момента вращающегося тела равна по величине и направлению главному моменту внешних сил, приложенных к телу. В этой формулировке теорема известна под названием теоремы Резаля. 1.2.2. Свойства гироскопа, их подтверждение Первое свойство – устойчивость главной оси свободного гироскопа. Этим свойством обладает свободный гироскоп, на который не действуют какие-либо моменты внешних сил, т.е. L = 0. Следовательно, на основании теоремы о кинетическом моменте чит, H = const. 14 dH = 0 , знаdt
  • 15. z Но если вектор H кинетического момента постоянен по y значению и направлению и совпадает для быстро вращающегоF ся ротора гироскопа с вектором A O H Ω x Ω , т.е. с направлением главной x оси, то это свидетельствует о неизменности направления главной L оси свободного гироскопа в U инерциальном пространстве. y ωp a Второе свойство – движение гироскопа под действием прилоz женной силы или прецессия гироРис.1.11. Действие момента скопа. внешней силы Пусть к гироскопу приложена сила F , создающая момент L вокруг какой-либо оси, не совпадающей с главной осью гироскопа, например, вокруг оси Y-Y (рис. 1.11). Согласно теореме Резаля скорость конца вектора кинетического момента по значению и направлению равна главному моменту внешних сил, приложенных к телу, т. е. U = L . Из рисунка 1.11 следует, что конец вектора H вместе с главной осью начнет совершать движение не в направлении приложенной силы, а в плоскости, перпендикулярной ей (плоскости XOY). Такое движение называется прецессионным, или прецессией. Прецессионное движение наблюдается тогда, когда момент L приложенных сил не совпадает по направлению с моментом H .. В прецессионном движении кинетический момент стремится к моменту внешней силы по кратчайшему угловому расстоянию. Рассмотрим физическую сущность этого явления, указывающую лишь на тенденцию образования прецессионного движения (рис. 1.12). Сила F стремится развернуть ротор гироскопа вокруг оси Y-Y. Эта сила сообщает точкам А и В, находящимися в данный момент на оси Z-Z, дополнительные скорости Δν i , направленные перпендикулярно плоскости вращения ротора. Значит, скорости точек A и B изменят свое направление. Новые скорости будут направлены по равнодействующим скоростей ν i и Δν i . Линейные скорости точек C и D не изменятся, так как точки лежат на оси Y-Y, вокруг которой сила F стремится повернуть ротор гироскопа. 15
  • 16. Значит, под действием силы F гироскоп будет соΔν i A вершать такое двиνi жение, при котором νi направления скороF стей точек C и D осD y x танутся прежними, а направления скороH y стей точек А и В изC x менятся. Это застаνi вит главную ось развернуться вокруг оси νi Z-Z, причем сверху B Δν i движение ротора буz дет усматриваться по часовой стрелке. 1.12. Движение гироскопа Определим угпод действием приложенной силы ловую скорость прецессионного движения ωp . Для этого достаточно определить угловую скорость одной точки гироскопа, например точки, определяющей конец вектора H . Так как угловая скорость равна линейной, деленной на радиус вращения, то, как следует из рис. 1.11, z U L , но U = L , следовательно, ωp = . (1.1) H H Вектор угловой скорости прецессии ωp всегда располагается на ωp = оси, вокруг которой совершается прецессионное движение и направлен в сторону, из которой движение вектора H к вектору L происходит кратчайшим путем против движения часовой стрелки. Характерной особенностью прецессионного движения является то, что оно не имеет “инерции” – прекращается сразу же после прекращения действия внешних сил. Моменты внешних сил, приложенные относительно главной оси X-X, прецессии не создают и влияют лишь на модуль кинетического момента, т.е. на угловую скорость собственного вращения гироскопа. Третье свойство – устойчивость гироскопа к удару (импульсу силы). 16
  • 17. Математическое выражение теоремы о кинетическом моменте можно представить не в дифференциальной форме, а в конечных приращениях: Δ H /Δt = L или Δ H = L Δt. Полученное выражение можно трактовать следующим образом: момент внешней силы L , действующей на гироскоп в течение малого (в пределе бесконечно малого) времени Δt, вызывает малое (в пределе бесконечно малое) изменение кинетического момента H по направлению. Следовательно, импульс силы (удар) практически не изменяет направление главной оси. При этом возбуждаются лишь быстрые, затухающие, конического вида колебания главной оси, которые называют нутационными колебаниями, а само явление – нутацией. 1.2.3. Гироскопический момент Установлено, что при действии силы F на ось гироскопа со стороны y оси прикладывается противодейстR вующая сила реакции Fr , уравновеF шивающая силу F (рис. 1.13). O H Ω A Сила Fr называется гироскоx x пической реакцией, а момент этой Fr L силы R – моментом гироскопической реакции или гироскопическим U ωp y a моментом. Силы F и Fr равны по велиz чине, но противоположны по наРис.1.13. Гироскопическая правлению. Поэтому момент гирореакция и момент скопической реакции равен по вегироскопической реакции личине, но противоположен по направлению моменту приложенной силы, т.е. R = – L . z Как было выше определено, угловая скорость прецессии ω p = L , H отсюда, L = H ωp , следовательно, R = H ωp . Итак, момент гироскопической реакции равен произведению кинетического момента на угловую скорость прецессии и направлен в 17
  • 18. сторону противоположную моменту силы, вызывающей прецессионное движение гироскопа. Вектор гироскопического момента R перпендикулярен векторам кинетического момента H и угловой скорости ωp и направлен так, что из конца этого вектора поворот вектора H к вектору ωp происходит кратчайшим путем против часовой стрелки. Гироскопический момент возникает в теле ротора не только в результате прецессионного движения гироскопа, но и при всяком вынужденном повороте гироскопа вокруг оси, не совпадающей с осью вращения. Возникают силы сопротивления этому дополнительному вращению, что является следствием действия кориолисовых сил инерции, названных по имени французского ученого Г.Кориолиса (1792-1843). Обращаясь к рис. 1.4, нетрудно установить, что взаимодействие кинетического момента H , направленного вдоль оси X-X гироскопа с угловой скоростью ω вынужденного вращения вокруг вертикальной оси, приводит к появлению гироскопического момента R , направленного по оси Y-Y. Гироскопический момент R = H ωp . Гироскопический момент поворачивает кольцо вместе с ротором до тех пор, пока угол между векторами H и ω не станет равным нулю. Аналогично, возникновением гироскопического момента объясняется давление, оказываемое вращающимся телом на опоры при повороте основания, в котором они закреплены (см. рис. 1.5). Зная гироскопический момент и расстояние между опорами, нетрудно рассчитать нагрузку на опоры, т.е. силу F1 или F2. Таким образом, гироскопический момент является результатом действия момента кориолисовых сил инерции, которые возникают в случае, если ротор гироскопа подвержен одновременно двум вращательным движениям. 1.2.4. Решение задач по определению элементов гироскопа С практикой использования гирокомпаса связано решение ряда задач по определению элементов гироскопа. В начале систематизируем эти элементы. 18
  • 19. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. – направление вращения ротора ГС; Ω – угловая скорость вращения; H – кинетический момент; F – результирующая внешних сил; L – момент внешних сил; ωp – угловая скорость прецессии; U – скорость конца вектора H ; Fr – гироскопическая реакция; R – момент гироскопической реакции. свободный гироскоп (L = 0 ) астатический или уравновешенный гироскоп Задача 1. Зная направление вращения ротора гироскопа и силу F , действующую на него, можно определить направление прецессионного движения, т.е. направление вектора ωp . Используем для этого рисунок 1.13, где уже заданы точка приложения и направление действия силы F . 1. Вектор Ω располагается всегда на оси вращения гироскопа так, чтобы из его конца вращение ротора усматривалось против часовой стрелки. 2. Вектора Ω и H всегда лежат на одной оси и имеют одно направление. 3. Момент силы L расположен на той оси, относительно которой действует сила (в данном случае сила F действует вокруг оси YY гироскопа). Из конца вектора L действие силы F должно усматриваться против часовой стрелки. 4. Вектор U указывает направление движения конца вектора H (направление прецессионного движения) к моменту внешней силы L кратчайшим путем; он параллелен вектору L и совпадает с ним по направлению. 5. Вектор ωp всегда лежит на оси, вокруг которой совершается прецессионное движение (в этом примере – вокруг оси Z-Z); из конца вектора ωp прецессионное движение наблюдается против часовой стрелки. 6. Гироскопическая реакция Fr противонаправлена внешней силе F . 7. Момент гироскопической реакции R противонаправлен моменту внешних сил L . 19
  • 20. Задача 2. Зная направление вектора H и направление вектора ωp угловой скорости прецессии, можно определить ось, вокруг которой действует сила, и направление действия силы, т.е. можно определить направление вектора L . Такая задача решается на практике при ускоренном приведении однороторного гирокомпаса в меридиан. На рис 1.14 показано поz ложение главной оси гироскопа относительно плоскости истинωp y x ного меридиана. Требуется к гиL роскопу приложить такой моF S N мент, чтобы его главная ось в результате прецессии пришла в Ω меридиан. Для определения наH x y правления вектора L рассуждаz ем следующим образом. Рис. 1.14. Определение 1. В прецессионном двинаправления вектора L жении конец вектора H стрепо известным H и ωp мится по кратчайшему пути к концу вектора L . В данном случае прецессия должна совершаться к меридиану, т.е. гироскоп будет разворачиваться вокруг вертикальной оси Z-Z. 2. Вектор ωp лежит на оси, вокруг которой совершается прецессионное движение, и направлен вверх, так как из его конца движение вектора H к вектору L должно усматриваться против часовой стрелки. 3. Следовательно, вектор момента внешней силы L располагается на оси Y-Y (на той ее половине, которая расположена за плоскостью рисунка). Значит, сила F действует вокруг оси Y-Y и приложена к оси Х-Х гироскопа так, чтобы ее действие наблюдалось из конца вектора L против часовой стрелки. Задача 3. При первом пуске однороторного гирокомпаса важно знать, что направление вращения ротора гироскопа (рассматриваемые нами гироскопы представляют собой трехфазный асинхронный двигатель) происходит против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного конца главной оси. Именно вектор H , как будет показано в дальнейшем, указывает на положение северной части истинного меридиана. Значит, с южной стороны главной оси вращение рото- 20
  • 21. ра будет наблюдаться по направлению часовой стрелки, как это показано на рис. 1.15. Задача сводится к опреz делению направления вектора y H , для чего достаточно приL ложить к гироскопу произвольную силу и проследить какой конец главной оси буF O x x дет перемещаться при возS N H Ω никшем прецессионном движении к вектору момента внешней силы L . y Поступаем следующим z образом. 1.15. Определение направления 1. Если применить силу вращения ротора гироскопа F к южной (предполагаемой) части главной оси гироскопа, как показано на рис 1.15, то момент этой силы L будет располагаться по оси Y-Y. Из конца вектора L действие силы должно усматриваться против часовой стрелки. 2. Возникшее прецессионное движение должно указать перемещение конца вектора H (предполагаемого северного конца главной оси гироскопа) в направлении момента внешней силы L . Если это явление происходит, то первоначально выбранное направление вращения ротора гиромотора определено верно. 3. В противном случае движение главной оси будет совершаться в противоположном направлении, значит, и ротор гиромотора вращается в обратном направлении. Тогда следует поменять местами концы проводников, подводящих питание к трехфазной обмотке статора гиромотора. 21
  • 22. 2. ГИРОКОМПАСЫ С АВТОНОМНЫМ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ 2.1. Использование гироскопа в качестве курсоуказателя 2.1.1. Горизонтная система координат и ее вращение Как было определено и доказано ранее, главная ось свободного гироскопа сохраняет неизменным первоначально заданное направление в инерциальном пространстве. Пользуясь свободным ГС можно проследить суточное вращение Земли вокруг ее оси. Так как ось ГС сохраняет свое первоначальное положение, а Земля вместе с наблюдателем вращается, то наблюдатель видит, что ось ГС поворачивается относительно плоскостей истинного меридиана и истинного горизонта, которые связаны с точкой наблюдателя на поверхности Земли. Если в первоначальный момент ось ГС находится в меридиане и горизонтальна, то в следующий момент из-за вращения Земли она выйдет из меридиана и одновременно отклонится от горизонта. Чтобы гироскоп служил в качестве курсоуказателя, необходимо заставить главную ось ГС непрерывно следовать за меридианом. Но для этого необходимо найти угло~ вые скорости вращения плоскоz ω стей меридиана и истинного горизонта в зависимости от широω2 W ты места наблюдателя. ω1 N ϕ На рис. 2.1 изображены PN сферическая модель Земли и гоO ризонтная система координат. ~ ω Земля вращается с запада S на восток, если находиться на E поверхности Земли, совершая ϕ оборот за звездные сутки. Принято считать Землю шаром ~ с радиусом R = 6378 км. Суточное вращение Земли проис~ ходит с угловой скоростью ω PS = 7,29·10-5 сек-1. n В качестве системы коор2.1. Горизонтальная динат, связанной с Землей, система координат возмем горизонтную систему 22
  • 23. координат ONEn. Вследствие суточного вращения Земли будет вращаться и горизонтная система координат ONEn. Для определения этого вращения построим вспомогательную сферу, поместив в точку О место наблюдателя вместе с горизонтной системой координат в центре этой сферы (рис. 2.2). Разложим вектор ~ угловой скорости вращения Земли ω на составляющие: ω1 – вдоль направления поz P луденной линии NS (вращение вокруг этой линии); ω2 – вдоль линии отвеса zn ~ ω ω2 (вращение вокруг линии отвеса). z W ~ Вектора ω , ω1, ω2 находятся в плоскости истинного мериϕ O S N диана. ω1 Для величин угловых скоростей ω1 и ω2 имеем соотношеE ния: ~ ω1 = ω cosφ – горизонтальP ная составляющая; n ~ ω2 = ω sinφ – вертикальная Рис.2.2. Вспомогательная сфера составляющая. Горизонтальная составляющая суточного вращения Земли ω1 показывает, что плоскость истинного горизонта непрерывно вращается в пространстве вокруг полуденной линии NS так, что восточная половина горизонта опускается (точка Е идет к надиру), а западная поднимается (точка W идет к зениту). Вертикальная составляющая ω2 суточного вращения Земли показывает, что для наблюдателя, расположенного в северной широте, плоскость истинного меридиана вращается в пространстве вокруг отвесной линии так, что северная часть плоскости меридиана непрерывно отходит к западу, а южная – к востоку. Для южного полушария – наоборот. N S 23
  • 24. x x x β 2.1.2. Видимое движение свободного гироскопа x W E W 1 y y W E W y y E Рассмотрим несколько E β 2 случаев видимого движения свободного гироскопа, устаx x x 3 Pn новленного в различных точ5 E W ках земной поверхности. На рис. 2.3 изображен зем4 ной шар, если смотреть на него E W со стороны северного полюса x x PN. Стрелкой показано направление вращения Земли. Рис.2.3. Видимое движение Пусть в начальный момент свободного гироскопа, (положение 1) гироскоп нахоустановленного на экваторе дится на экваторе, его ось X-X по линии E-W горизонтальна и направлена по линии E-W. Через некоторый промежуток времени Земля повернется на некоторый угол β и ось гироскопа, сохраняя неизменность своего положения в пространстве, отклонится относительно плоскости истинного горизонта на такой же угол β y y y (положение 2). Положение 3 E W гироскоп займет через 6 часов. W 1 В этом положении ось X-X y E прибора будет расположена β 2 вертикально. Относительно плоскости горизонта в положе3 Pn нии 4 она будет снова горизон5 тальна, а в положении 5 – опять вертикальна. 4 Это движение гироскопа E W будет только кажущимся (виy y димым), в действительности же в результате собственного Рис.2.4. Видимое движение вращения Земли поворачивасвободного гироскопа, ется плоскость истинного гоустановленного на экваторе по линии ризонта, а ось гироскопа соN-S храняет неизменным в пространстве свое первоначальное направление. E W 24
  • 25. x Pn N β max x N x W 3 S E x S x α 1 x N 2 S O Рис.2.5. Видимое движение свободного гироскопа, установленного в северной широте Если главную ось гироскопа, установленного на экваторе, направить по линии N-S (рис.2.4), то вследствие вращения Земли ось ГС будет поворачиваться вокруг оси X-X, параллельной оси вращения Земли, и наблюдатель не обнаружит видимого движения ГС. Нетрудно сообразить, что если гироскоп установить на полюсе своей главной осью параллельно плоскости горизонта, то она в течение суток совершит полный видимый оборот вокруг вертикальной оси гироскопа в сторону, противоположную вращению Земли. Если на полюсе главная ось ГС в первоначальный момент расположена вертикально – вдоль оси вращения Земли, то наблюдатель не обнаружит видимого движения гироскопа, т.к. ось вращения Земли в этом случае совпадает с осью X-X гироскопа. На рис 2.5 изображен гироскоп, расположенный в некоторой средней северной широте. Пусть в первоначальный момент (положение 1) ГС находится в меридиане и его ось горизонтальна. Через некоторое время (положение 2) ось X-X прибора составит с меридианом наблюдателя некоторый угол α, так как меридиан наблюдателя повернулся в пространстве вместе с Землей, а ось X-X гироскопа сохранила свое первоначальное направление. Одновременно с видимым уходом из меридиана главная ось ГС будет поднимать25
  • 26. ся над горизонтом, т.к. последняя вращается вместе с Землей, причем его восточная половина непрерывно опускается. В положении 3 ось X-X гироскопа вновь окажется в плоскости меридиана, но будет поднята над горизонтом на угол βmax. Таким образом, гироскоп установленный в средней северной широте, обнаруживает уход северного конца главной оси от меридиана к востоку и от плоскости истинного горизонта вверх. Главная ось ГС в данном случае будет совершать видимые для наблюдателя незатухающие колебания с периодом суточного вращения Земли. Это движение только видимое, в действительности же в результате вращения Земли вращаются в пространстве плоскости меридиана наблюдателя и истинного горизонта, причем северная часть меридиана наблюдателя непрерывно отходит от оси X-X гироскопа к западу, а восточная половина горизонта опускается. Рассмотренные ситуации показывают, что только в случае параллельности главной оси ГС и оси Земли наблюдатель не обнаружит видимого движения гироскопа. Итак, становится очевидным, что свободный гироскоп не может быть использован в качестве курсоуказателя, так как его главная ось непрерывно уходит от меридиана и одновременно наклоняется к плоскости горизонта. Поэтому возникает задача, состоящая в том, чтобы стабилизировать главную ось гироскопа в плоскости истинного меридиана наблюдателя параллельно плоскости истинного горизонта в любой широте плавания. То есть, необходимо “заставить” гироскоп непрерывно следовать за плоскостью меридиана наблюдателя с той же скоростью, с которой она совершает свое вращение. 2.1.3. Принцип использования гироскопа в качестве курсоуказателя Установим гироскоп в некоторой северной широте φ. Пусть в первоначальный момент главная ось ГС строго горизонтальна и составляет с меридианом некоторый угол α. (рис. 2.6). В данном положении северный конец оси гироскопа (вектор H) находится в восточной половине горизонта. Так как восточная половина горизонта непрерывно опускается, а западная поднимается, то главная ось ГС будет совершать видимое движение вокруг оси Y-Y, причем се26
  • 27. z верный конец оси будет подниматьω2 ся над горизонтом, а южный – ухоW y x дить под горизонт. ω3 Чтобы получить величину угω1 S N α ловой скорости видимого поворота H ω4 ГС вокруг оси Y-Y разложим ω1 на y x составляющие ω3 и ω4 соответственE n но по осям Y-Y и X-X гироскопа. Рис.2.6. Принцип использования Составляющая ω4, направленгироскопа в качестве ная по оси X-X ничтожно мала по курсоуказателя сравнению с угловой скоростью Ω собственного вращения ГС, поэтому ею пренебрегаем. Кроме того, она показывает, что плоскость истинного горизонта вращается вокруг оси XX и поэтому не вызывает видимого изменения положения этой оси. Составляющая ω3 показывает, что плоскость истинного горизонта вращается вокруг оси Y-Y с угловой скоростью R ~ ω3 = ω1 sinα = ω cosφ sinα. Эта составляющая и определяет видимый подъем северного конца оси X-X над плоскостью горизонта. Если северный конец отклонить к западу на угол α, то ω3 изменит свое направление на противоположное и северный конец оси будет видимым образом опускаться под горизонт, т.к. в этом случае ~ ω3 = ω1 sin(−α) = − ω cosφ sinα. Помимо движения относительно горизонта, ось X-X гироскопа совершает видимое движение относительно меридиана, т.к. плоскость меридиана наблюдателя вращается в пространстве вокруг отвесной линии наблюдателя с угловой скоростью ω2. Вектор ω2 направлен вверх по оси Z-Z, точка N меридиана отходит к западу, а северный конец оси X-X совершает видимое движение к востоку. Для того, чтобы свободный ГС стал курсоуказателем, необходимо, чтобы его ось следовала за меридианом с угловой скоростью ω2. Лишим ГС возможности поворачиваться вокруг оси Y-Y, т.е. сделаем его связанным (гироскоп, имеющий две степени свободы). В этом случае ГС вынужден будет поворачиваться вместе с Землей во27
  • 28. круг оси Y-Y с угловой скоростью ω3 = ωв, т.е. будет совершать вынужденную прецессию. В теле ротора ГС появится гироскопический момент R, направленный вверх по оси Z-Z. Этот момент заставит ГС повернуться вокруг оси так, что его главная ось совместится с меридианом (см. рис. 1.4. и п. 1.2.3.). Величина гироскопического момента R определится: R = H ωв; ~ R = H ω3 = H ω cosφ sinα. Когда угол α станет равным нулю, т.е. ось ГС совместится с меридианом, тогда и R станет равным нулю. В следующий момент меридиан снова уйдет от оси X-X с угловой скоростью ω2 и возникнет угол α. Появятся составляющая ω3 и момент R, ось гироскопа вновь придет в меридиан. Здесь видно, что ГС с двумя степенями свободы будет непрерывно совмещаться с меридианом. Таким образом, лишив ГС свободы вращения относительно оси Y-Y, мы превратим его в прибор, который указывает меридиан наблюдателя, т.е. становится гирокомпасом. Поэтому момент гироскопической реакции R называют направляющим моментом гирокомпаса, а составляющую земного вращения ω3 называют полезной составляющей земного вращения, т.к. именно эта составляющая создает в теле ротора гироскопа направляющий момент. Однако вопрос стабилизации главной оси гироскопа в плоскости меридиана пока еще остается открытым. Идея использования связанного гироскопа в качестве курсоуказателя состоит в том, чтобы создать такой гироскоп, у которого бы при положении его главной оси в плоскости меридиана момент внешних сил был бы равен нулю, а при уходе оси от этого положения момент бы появлялся. Такой гироскоп называют гироскопом с неполной связью. 2.1.4. Способ превращения гироскопа в гирокомпас Гирокомпас должен иметь устройство, реагирующее на отклонение отсчетной оси от плоскости истинного меридиана и вырабатывающее управляющий сигнал (или момент) для приведения отсчетной оси в плоскость истинного меридиана. Такое устройство получило название чувствительного элемента (ЧЭ). 28
  • 29. Существует несколько способов а) создания гирокомпасов на базе свободного гироскопа: О H x - создание положительного маятниx W E кового эффекта путем понижения центра G тяжести гироскопа с гирокамерой (ГС с S y твердым маятником); P z - создание отрицательного маятникового эффекта путем присоединения к астатическому гироскопу системы сообб) z N y z щающихся сосудов, заполненных малоH x L вязкой жидкостью (ГС с жидкостным β О маятником); W E G - включение астатического гироскопа x в контур управления, содержащий индиS y z n P катор горизонта (маятник), электрические цепи и датчики выработки управляющих моментов (ГС с электромагнитz ным управлением); в) z - гироскоп с геомагнитным управлеH x нием. β О Первые два способа относят к гиW E a рокомпасам с непосредственным управС G x лением, последние два – к гирокомпасам с косвенным управлением. z n P Рассмотрим физическую сущность Рис.2.7. Чувствительный превращения ГС в гирокомпас с помоэлемент с положительным щью маятникового устройства (понижемаятниковым эффектом ние центра тяжести ЧЭ). Для этого ГС помещают в гирокамеру как это изображено на рис. 2.7,в. К нижней ее части присоединяют груз, тем самым понижают центр тяжести всего устройства относительно точки подвеса (создается маятниковый эффект). Предположим, что такой прибор установлен на экваторе, его главная ось выведена из меридиана на 90° и горизонтально направлена по оси E-W (рис. 2.7,а). Сила тяжести P не будет создавать момента относительно точки подвеса O, т.к. она лежит на оси Z-Z гироскопа, совпадающей в данном случае с отвесной линией, нормальной к плоскости горизонта. z N y 29
  • 30. В следующий момент из-за вращения Земли восточная половина горизонта опустится на некоторый угол β и ось X-X гироскопа видимым образом поднимется над плоскостью горизонта на тот же угол β (рис.2.7,б). Центр тяжести G отойдет от отвесной линии z-n , проходящей через точку подвеса О. Сила тяжести P, направленная всегда по отвесной линии, введет относительно оси Y-Y момент L, вектор которого направлен вдоль оси Y-Y к северу (N). Под действием момента L гироскоп начнет совершать прецессионное движение вокруг оси Z-Z. Конец вектора H пойдет к северной части меридиана наблюдателя. Таким образом, гироскоп становится указателем меридиана, т.е. чувствительным элементом гирокомпаса. Определим угловую скорость прецессии ЧЭ к меридиану, обратившись к рис.2.7,в. Расстояние ОG, на которое смещен вниз центр массы ЧЭ, называется метацентрической высотой (обозначено буквой а). К центру масс G приложена сила тяжести P = mg , где m – масса ЧЭ; g – ускорение свободного падения. Из треугольника COG плечо l действия силы P вокруг оси Y-Y гироскопа равно: CG = l = a sinβ, а при малых углах β плечо l = a β. Следовательно, L = P l = mga β. Произведение mga для данного ЧЭ есть величина постоянная. Обозначив эту величину через B, получим L = Bβ. Величина В носит название модуля маятникового момента. Угловая скорость прецессии ЧЭ к меридиану определится в виде ωp = L Bβ = . H H Гироскоп с пониженным центром тяжести является гироскопом с неполной связью. Действительно, при горизонтальном положении оси X-X прибора угол β и момент Bβ равны нулю. Но стоит только вывести ось X-X из горизонтального положения, как сразу же появляется угол β и момент Bβ, который заставит прибор прецессировать к меридиану. 30
  • 31. Ниже будет показано, что угловая скорость этого прецессионного движения в установившемся положении равновесия равна ω2 – угловой скорости движения плоскости истинного меридиана наблюдателя. 2.2. Незатухающие колебания чувствительного элемента гирокомпаса 2.2.1. Процесс образования незатухающих колебаний Понижение центра тяжести ЧЭ является одним из способов создания управляющего момента в современных гирокомпасах, под действием которого главная ось гироскопа стремится к меридиану. Однако факт движения оси к меридиану еще не позволяет утверждать, что такой прибор может быть использован в качестве указателя меридиана. Рассмотрим более подробно движение оси ЧЭ с пониженным центром тяжести, установленного в некоторой северной широте φ. Q 5 v3 M v3 v2 v1 4 v2 v3 v2 3 v1 v1 v3 6 v2 7 v1 β v2 8 v2 v1 v3 v2 v1 x H α y L v2 ω1 ω3 E x y P S z Рис.2.8. Схема образования незатухающих колебаний чувствительного элемента 31 2 1 v2 10 v3 9 M ω2 W v1 N v1 z v2 v3 o v3
  • 32. Пусть в первоначальный момент ось прибора горизонтальна и отклонена от меридиана на некоторый малый угол α к востоку (рис. 2.8). На рисунке показаны: NESW – плоскость истинного горизонта, Q – плоскость, перпендикулярная полуденной линии N – S наблюдателя, М – М – меридиан наблюдателя, ω1 – горизонтальная составляющая земного вращения, ω2 – вертикальная составляющая земного вращения и ω3 – полезная составляющая земного вращения. Проследим траекторию движения полюса гироскопа, наблюдая проекцию конца его вектора Н на плоскость Q и отмечая характерные позиции этой траектории – 1)…10). 1) В первоначальный момент ось Х – Х горизонтальна, поэтому: β=0 - угол подъема оси над горизонтом; L = Bβ = 0 - момент силы; ωp = L Bβ = =0 H H - угловая скорость прецессии. Следовательно, прецессионное движение отсутствует. Но из-за наличия угла α восточная половина горизонта начнет опускаться под северной частью оси ГС и проекция ее начнет перемещаться вверх с некоторой линейной скоростью v1. Одновременно с этим проекция оси ГС начнет перемещаться к востоку со скоростью v2, так как меридиан наблюдателя вращается вокруг отвесной линии с постоянной ~ для данной широты угловой скоростью ω2 = ω sinφ и его северная часть отходит к западу. Таким образом, линейная скорость v2 = const во всех случаях, а v1 = ƒ(α). 2) Вследствие видимого подъема оси ГС над горизонтом появится угол β, возникнет момент L = Bβ и ГС начнет прецессировать к меридиану с угловой скоростью ωp = Bβ (см. рис.2.7 и пояснения к H нему). Поэтому проекция оси ГС получит некоторую скорость v3: v3 = ƒ(β). Линейная скорость v3, обусловленная действием силы тяжести, непрерывно увеличивается (вследствие увеличения угла β), замедляя уход оси ГС от меридиана. Наступит момент, когда скорости v2 и v3 сравняются. 3) В положении 2 уход главной оси ГС от меридиана прекратился (v2 = v3) и в следующий момент ось начнет перемещаться к меридиану наблюдателя со скоростью v3 – v2. Ось ГС продолжает подниматься над горизонтом; угол β увеличивается, v1 станет меньше, чем в 32
  • 33. положениях 1 и 2, т.к. угол α и полезная составляющая ω3 уменьшились – горизонт стал медленнее опускаться. Итак,: v1 – уменьшается; v2 = const; v3 – увеличивается; β – увеличивается. В дальнейшем увеличение параметра будем обозначать символом ↑, а уменьшение – символом ↓. 4) Ось гироскопа пришла в меридиан, ее подъем над горизонтом прекратился: α = 0; ω3 = ω1 sinα = 0; v1 = 0. Здесь наблюдается максимальный подъем оси над горизонтом: β = max ; L = Bβ ; v3 = max ; ωp = Bβ ; v2 = const. H Из-за наличия угла β ГС продолжает прецессировать вокруг оси Z – Z: полюс ГС переходит в западную половину горизонта и начиная с положения 4 угол β начнет уменьшаться, т.к. западная половина горизонта непрерывно в пространстве поднимается. 5) По мере отхода главной оси ГС от меридиана v1 - ↑, т.к. появился угол α, v3 - ↓, т.к. угол β - ↓. 6) Скорости v2 и v3 сравняются и уход оси ГС от меридиана прекратится: v2 = v3 ; v1 = max, так как α = max. 7) Ось прибора горизонтальна: β = 0 ; v3 = 0 ; v2 = const ; v1 ≠ 0. 8) Начиная с позиции 7) северный конец оси опустится под горизонт, перемещаясь с линейной скоростью v1; появится угол β и ГС начнет прецессировать к меридиану с линейной скоростью v2 + v3. Необходимо отметить, что когда северный конец оси был над горизонтом, вектор момента силы тяжести L был направлен по оси Y – Y к западу, поэтому полюс ГС стремился к западу. Когда северный конец оси опущен под горизонт, плечо момента силы тяжести P занимает противоположное направление относительно отвесной линии (см. рис. 2.7,в и рис. 2.8.). Тогда и вектор L расположится на оси Y – Y в противоположном направлении – к востоку, следовательно, и полюс ГС устремиться к востоку. 9) Главная ось ГС в меридиане: α = 0 ; ω3 = 0 ; v1 = 0 ; β = max ; v3 = max. Северный конец оси ГС переходит в восточную половину горизонта и начинает уходить из меридиана, одновременно поднимаясь над горизонтом. 33
  • 34. 10) В этом положении: v1 - ↑ ; α - ↑ ; β - ↓ ; v3 - ↓. И, наконец, ось ГС приходит в положение 1 – ось горизонтальна – а дальше все явления периодически повторяются. Фигура, полученная на плоскости, является эллипсом, причем его большая ось проходит через точки 2 и 6, а малая – совпадает с меридианом. Таким образом, ГС с пониженным центром тяжести, будучи выведенным из меридиана, совершает около него незатухающие колебания (НЗК). Значит такой прибор “чувствует” меридиан, и поэтому такой ГС с пониженным центром тяжести мы с полным основанием можем назвать чувствительным элементом гирокомпаса. В действительности эллипс НЗК получается сильно сжатым. Нам будет казаться, что колебания совершаются только в горизонтальной плоскости, а угол β совершенно незаметен. Отношение малой оси эллипса к большой выражается в сотых долях единицы. Из-за существующих сил трения в подвесе на самом деле колебания совершаются не по эллипсовидной траектории, а крайне медленно по сходящейся спирали, и поэтому являются затухающими. После того как колебания затухнут, главная ось прибора установится в положение равновесия. Но все эти процессы требуют дополнительного изучения. 2.2.2. Анализ незатухающих колебаний Положение динамического равновесия главной оси ЧЭ. Незатухающие колебания гиросферы по азимуту (α) и высоте (β) важны для изучения, т.к. позволяют судить о движении главной оси ГС относительно плоскостей истинного меридиана и горизонта и определяют основные качественные динамические характеристики прибора. Имея физические представления о движении оси ЧЭ, определим координаты положения равновесия оси гирокомпаса, т.е. углы αr и βr, которые ось составляет с плоскостями меридиана и горизонта соответственно. Движение главной оси относительно плоскости горизонта определяется линейной скоростью v1, которая отсутствует только в том случае, когда ось находится в меридиане, т.е. при α = 0 (рис.2.8, положения 4 и 9). 34
  • 35. Движение оси относительно меридиана определяется скоростями v2 и v3. Чтобы ось оставалась неподвижной относительно меридиана, скорости v2 и v3 должны быть равны по величине и противоположны по направлению. То есть, прибор должен прецессировать за меридианом с такой же угловой скоростью с какой меридиан уходит от оси прибора. Значит должно быть выполнено равенство: ωp = ω2, но Bβ Bβ ~ ~ , а ω2 = ω sinφ , тогда = ω sinφ , откуда H H H ~ βr = ω sinφ. B ωp = ~ Угол βr вполне определен, т.к. B, Н, ω φ известны. То есть, в положении равновесия ось прибора должна находиться в меридиане (αr = 0) и приподнята (в северном полушарии) над горизонтом на угол βr. Определим теперь положение динамического равновесия главной оси ЧЭ, исследуя дифференциальные уравнения ее движения. Наиболее простым и наглядным способом составления дифференциальных уравнений движения гироскопических устройств, тесно связанных с физической сущностью явления, является графоаналитический способ суммирования проекций векторов моментов сил, разработанный проф. Б.И. Кудревичем и названный его именем. Согласно этого способа, система дифференциальных уравнений представляется в виде ~ H Г α + Bβ = H Г ω sinϕ ; ⎫ ⎬ ~ H Г β − H Г ω cosϕ α = 0 . ⎭ (2.1) Положение динамического равновесия определяется частным решением системы уравнений (2.1). Поскольку правая часть системы (2.1) в рассматриваемом случае постоянна во времени, ищем частное решение в виде α = αr = сonst; β = βr = сonst. Подставляя в (2.1) значения αr и βr и их производные, имеющие нулевое значение (изменения по углам α и β отсутствуют), получим ~ Bβ r = H Г ω sinϕ ; ⎫ ⎬ ~ − H Г ω cosϕ α r = 0 . ⎭ , из чего следует: 35
  • 36. ~ H Г ω sinϕ βr = B ; αr = 0. (2.2) Эти выражения показывают, что в положении динамического равновесия главная ось ЧЭ располагается точно в плоскости истинного меридиана и в общем случае отклонена от плоскости истинного горизонта на угол βr. Точно такие же выражения мы получили, рассуждая о фазах движения главной оси ЧЭ. Тот факт, что положение динамического равновесия по углу βr отлично от нуля имеет глубокий физический смысл. Действительно, если существует угол βr, то имеют место непрерывно действующий момент Ly = Bβr и, соответственно, прецессионное движение с угловой скоростью ωp = L Bβ r = . HГ HГ (2.3) Подставляя (2.2) в (2.3) получим ~ B H Г ω sinϕ ωp = BH Г ~ = ω sinφ = ω2, т.е. угловая скорость прецессии точно равняется угловой скорости вращения плоскости истинного меридиана в пространстве. Это обстоятельство делает возможным использование прибора для целей индикации положения плоскости истинного меридиана сколь угодно длительное время без ухудшения точности. Важно подчеркнуть, что угол βr создан не конструктивными мерами, а образовался вследствие внутренних свойств гироскопического устройства. Иначе говоря, чтобы получить компас принципиально необходимо иметь гороскоп с Н Г ≠ 0 с положительным маятниковым эффектом (при данном способе реализации) и собственное вращение ~ планеты ( ω ≠ 0). Характер поведения главной оси ЧЭ. Чтобы определить характер поведения главной оси ЧЭ, находят общее решение системы уравнений (2.1), а затем частное при определенных начальных условиях (положим, в начальный момент времени t = 0 положение главной оси определялось угловыми координатами: αt=0 = αo и βt=0 = βr). Результатом решения является определение законов движения оси ЧЭ в азимуте (по углу α ) и по высоте (по углу β ): 36
  • 37. α = αo cosωo t – закон движения оси ЧЭ в азимуте; β = βr + HГ αo ωo sinωo t – закон движения оси ЧЭ по высоте. B (2.4) (2.5) Полученные уравнения показывают, что главная ось ЧЭ и по углу α и по углу β совершают незатухающие колебания, которые находятся в квадратуре по отношению друг к другу, т.е. со сдвигом на 90о. Кроме того, ось приподнята над горизонтом на постоянную величину βr. Колебания по углам α и β совершаются с одной и той же частотой незатухающих колебаний ωo, определяемой по формуле: 2 ωo = ~ B ω cosϕ HГ ~ B ω cosϕ . HГ или ωo = Соответственно период НЗК То выражается равенством: То = 2π H = 2π ~ Г . ωo B ω cosϕ Видно, что с увеличением широты φ период То возрастает. При конструировании прибора выбирают некоторую расчетную широту, например, φ*=60о (зависит от страны, производящей прибор), в которой для выбранных величин модуля маятникового момента В и кинетического момента гиросферы Нг период То делают равным 84,4 мин. В широте равной 90о То = ∞, т.е. на полюсе гирокомпас никогда не придет в меридиан. Значение периода То является важным расчетным параметром прибора, определяющим точность курсоуказания при маневрировании. Используя уравнения (2.4) и (2.5), нетрудно найти траекторию движения полюса ГС, применив обычный прием исключения из выражений (2.4) и (2.5) времени t. В результате несложных преобразований получаем уравнение: 2 2 ⎛ α ⎞ ⎛ β − βr ⎞ ⎜ ⎟ + ⎜ ⎜α ⎟ ⎜ β ⎟ = 1. ⎟ ⎝ о ⎠ ⎝ о⎠ 37
  • 38. M αo βo βr W E M Рис.2.9. Эллипс незатухающих колебаний гиросферы Полученное уравнение показывает, что траекторией является сильно сжатый эллипс с полуосями αo и βо, где βо = HГ α о ωо (рис. 2.9). B Центр эллипса имеет координаты α = 0 и β = βr. То есть, в плоскости истинного меридиана находится не физическая ось ЧЭ, а центр вокруг которого эта ось совершает незатухающие колебания. Сжатие эллипса определяется отношением малой полуоси βо к большой αo и составляет ε ≈ 0,03. Лишь в установившемся положении динамического равновесия главная ось ЧЭ будет находиться в меридиане, приподнявшись над горизонтом на угол βr. Так например, для гирокомпаса ”Курс-4” в расчетной широте φ* = 60о угол βr = 0,1о. 2.3. Затухающие колебания чувствительного элемента гирокомпаса 2.3.1. Масляный успокоитель Анализ дифференциальных уравнений движения оси ЧЭ с пониженным центром тяжести показал, что его главная ось совершает НЗК как относительно плоскости истинного горизонта так и относительно плоскости меридиана наблюдателя. Если, например, ЧЭ гирокомпаса типа «Курс» вывести из меридиана на угол порядка 30о и предоставить ему возможность совершать свободные колебания около меридиана, то эти колебания затухнут (из-за существующих сил трения в подвесе ЧЭ) только через 10 – 15 суток. Значит, если такой прибор в условиях плавания по какимлибо причинам выйдет из меридиана, то ему потребуется длительное время для возвращения в меридиан и в течение этого времени он не может быть использован в качестве курсоуказателя. Очевидно, необходимо искусственно ускорить затухание колебаний и таким образом ускорить приход оси ГК в меридиан. Из рис. 2.8 видно, что для погашения НЗК достаточно было бы ввести дополнительное прецессионное движение ЧЭ в горизонтальной плоскости, причем следующего характера. Если северная часть главной оси ГС 38
  • 39. находится в восточной половине горизонта, то дополнительная линейная скорость конца вектора Н в азимуте должна замедлять его уход от меридиана. Когда же ось ГС находится в западной половине горизонта, то эта дополнительная линейная скорость должна способствовать ее приходу в меридиан. То есть должен иметь место постоянно действующий дополнительный горизонтальный момент, создающий прецессионное движение ЧЭ к меридиану. У гирокомпасов с пониженz N ным центром тяжести ЧЭ для γ S . β создания горизонтального мо. мента используется так называемый жидкостный успокоитель. Рж Схематически он представляет x H собой два сообщающихся сосуда β o (рис. 2.10), укрепленных в верхG x ней части гирокамеры с северной (N) и южной (S) ее сторон. Сосуды примерно до половины заВЗ полнены вязкой жидкостью, z обычно вазелиновым маслом. P Колебания оси ЧЭ в вертиРис.2.10. Масляный кальной плоскости по углу β успокоитель (подъем над горизонтом либо ее опускание под горизонт), происходящие вместе с сосудами успокоителя, вызывают перетекание жидкости из одного сосуда в другой, т.е. вызывают колебание жидкости в сосудах. Конструкция сосудов, диаметр их соединительных трубок и вязкость жидкости подбираются такими, чтобы колебания жидкости запаздывали по фазе на 1/4 периода незатухающих колебаний оси ЧЭ по высоте, т.е. по углу β ее наклона к плоскости горизонта (при равенстве периодов тех и других колебаний). Это означает, что когда ось Х-Х ЧЭ горизонтальна, то в одном из сосудов должен быть максимальный избыток жидкости. Когда же ось Х-Х имеет β = max, жидкости в сосудах станет поровну. Избыток жидкости в одном из сосудов характеризуется углом γ между линией ее уровней, соединяющей центры зеркал поверхностей жидкости в сосудах, и осью Х-Х. Благодаря запаздыванию перетекания масла γ = 0, когда ось Х-Х в меридиане (α = 0) и имеет максимальный наклон | β | = max. Напротив, при максимальном отклонении 39
  • 40. оси от меридиана (| α | = max) образуется наибольший избыток жидкости в бывшем опущенном сосуде. Так, при максимальном отклонении оси Х-Х к востоку наибольший избыток жидкости (γ = max) в северном сосуде, а при отклонении оси Х-Х к западу – в южном. Происходит непрерывное перетекание жидкости. Скорость перетекания жидкости характеризуется угловой скоростью γ изменения угла наклона уровней, которая зависит от разности уровней в сосудах над плоскостью горизонта, т.е. от суммы β + γ и направлена в сторону ее уменьшения: γ = − F(β + γ), (2.6) где F − фактор перетекания − конструктивная постоянная, зависящая от физических свойств жидкости, формы и разметов сообщающихся сосудов и определяется опытным путем; знак “−” показывает уменьшение γ при перетекании. Момент гидравлического маятника Lж есть момент, создаваемый весом избытка жидкости Рж; он пропорционален углу γ, действует относительно оси Y-Y до тех пор, пока в сосудах жидкости не станет поровну: Lж = С γ, где (2.7) С – коэффициент, зависящий от физических свойств жидкости, геометрических параметров сосудов и называется модулем жидкостного маятника или модулем масляного успокоителя. Момент гидравлического маятника эквивалентен моменту отрицательного твердого маятника, т.е. такому моменту, который возникает при расположении точки G выше точки О. Иначе говоря, моменты Вβ и Сγ имеют противоположные знаки, т.е. уже сдвинуты по фазе на π при отсутствии запаздывания. С позиций устойчивости движения необходимым условием является соблюдение неравенства: С < В. Момент Lж, направленный по оси Y-Y ЧЭ, вызывает дополнительную прецессию оси Х-Х, которая всегда направлена к меридиану и поэтому превращает незатухающие колебания ЧЭ в затухающие. 40
  • 41. 2.3.2. Процесс образования затухающих колебаний Рассмотрим каково будет движение ЧЭ с укрепленным на нем масляным успокоителем (рис. 2.11). Пусть в начальный момент ось Х-Х прибора горизонтальна и отклонена на угол α1 к востоку (по аналогии с рис. 2.8, позиция 1). Для простоты предположим, что режим колебаний масла в сосудах уже установился, т.е. колебания эти уже запаздывают по фазе относительно колебаний самих сосудов на 1/4 периода. 1) В данной позиции главная ось ЧЭ горизонтальна, максимальный избыток жидкости будет в северном сосуде, т.к. до этого момента северный конец оси ЧЭ был опущен под горизонт и масло перетекло в северный сосуд. N S 5 S H P v3 6 S v1 v2 P v2 6 v1 Pж H v2 v3 v4 α2 8 N 7 v2 v1 v2 βr v4 1 N Pж H E P α3 S S v2 1 v3 α1 S M v2 v4 2 v1 v4 v3 o P v1 v4 v4 N P 3 v3 v2 H W M v1 5 N Pж 4 v3 2 S H P Pж 3 H Pж N N S 4 N 8 Pж N H 7 H P P Рис. 2.11. Схема образования затухающих колебаний чувствительного элемента Сила тяжести избытка жидкости Рж вводит момент относительно оси Y-Y, вектор которого направлен к западу. Этот момент вызовет прецессию вокруг оси Z-Z, и поэтому главная ось начнет перемещаться к W, т.е. к плоскости меридиана с линейной скоростью v4 = ƒ(γ), которую будем называть результатом действия добавочной прецессии. 41
  • 42. Также как и при НЗК главная ось ЧЭ в зависимости от ее текущего положения может перемещаться со следующими линейными скоростями: v1 = ƒ(α) – скорость видимого подъема ЧЭ над горизонтом; v2 = const – скорость отхода меридиана к W (скорость видимого движения ЧЭ к Е), обусловленная вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли ω2; v3 = ƒ(β) – линейная скорость ЧЭ, вызванная действием его силы тяжести (назовем ее главной прецессией); v4 = ƒ(γ) – линейная скорость ЧЭ в результате добавочной прецессии. В результате происходит следующее: ось ЧЭ видимым образом уходит от меридиана с линейной скоростью v2; поднимается над плоскостью горизонта с линейной скоростью v1; в результате добавочной прецессии движется к меридиану с линейной скоростью v4. Но v4 > v2 и поэтому в следующий момент ось ЧЭ пойдет к меридиану, а не от него, как это было в случае с НЗК. 2) Избыток масла в северном сосуде уменьшается, т.к. часть жидкости перетекла в южный сосуд вследствие его опускания. Это вызвало уменьшение силы тяжести Рж и, следовательно, уменьшение угловой скорости добавочной прецессии и линейной скорости v4. Но так как здесь действует сила тяжести Р, то движение полюса ЧЭ к меридиану происходит со скоростью v3 + v4 (v3 обусловлена Р), при этом v3 непрерывно увеличивается, а v4 уменьшается. 3) Когда через 1/4 периода колебаний главная ось прибора придет в меридиан, угол β наклона оси к горизонту будет максимальным и, следовательно, жидкости в сосудах станет поровну: Рж = 0; γ = 0 и v4 = 0, но v3 = max т.к. угол β = max. 4) В следующий момент ось прибора перейдет в западную половину горизонта, полюс ЧЭ и северный сосуд начнут опускаться. Однако жидкость все еще перетекает в южный сосуд, поэтому в нем постепенно образуется избыток жидкости. Момент силы Рж, а, следовательно, и линейная скорость v4 изменяют свои направления на противоположные. Линейная скорость v4 вновь будет направлена к меридиану. 5) Если до прихода ЧЭ в меридиан добавочная прецессия ускоряла его приход к меридиану, то теперь она замедляет уход оси от меридиана. Следовательно, движение ЧЭ к меридиану будет совершаться быстрее, а от меридиана – медленнее, чем в подобных же слу42
  • 43. чаях при НЗК. В положении 5 наступит равенство v3 = v2 + v4 и в следующий момент прибор начнет возвращаться к меридиану. 6) Когда ось прибора станет горизонтальной, в южном сосуде образуется максимальный избыток жидкости: Рж = max, т.к. γ = max; v4 = max; v3 = 0, т.к. β = 0. Из рис.2.11 видно, что наибольшее отклонение главной оси ЧЭ от меридиана к W (α2) меньше первоначального отклонения к Е (α1), т.е. колебания становятся затухающими. 7) После положения 6) северный конец оси ЧЭ будет опускаться под горизонт и одновременно перемещаться к меридиану. Жидкость начнет перетекать из южного сосуда в северный. Сила тяжести Рж избытка жидкости, угловая скорость добавочной прецессии и линейная скорость v4 будут уменьшаться. В этом положении: β = max и v3 = max; Рж = 0 т.к. γ = 0 и, следовательно, v4 = 0. 8) В следующий момент северный конец оси ЧЭ окажется в восточной половине горизонта и начнет совершать видимый подъем над ним. Жидкость продолжает перетекать в северный сосуд, достигнув максимума ее избытка, когда ось выйдет на уровень горизонта. В дальнейшем главная ось ЧЭ, поднявшись над горизонтом (положение 8), снова получит дополнительное движение к меридиану (по аналогии с положением 2). Здесь ось ЧЭ отклонится к востоку на угол α3 меньше, чем это было в предыдущем ее отклонении к западу на угол α2. Далее процесс повторяется. Таким образом, ЧЭ совершает затухающие колебания по сходящейся эллиптической спирали и вскорости достигнет положения равновесия, координаты которого следует определить. 2.3.3. Анализ затухающих колебаний Положение динамического равновесия главной оси ЧЭ. При наличии масляного успокоителя система дифференциальных уравнений, описывающая движение главной оси ЧЭ, выглядит следующим образом: ~ H Гα + Bβ + Cγ = H Г ω sinϕ ; ⎫ ⎪ ~ H Г β − H Г ω cosϕ α = 0 ; ⎬ ⎪ γ + F( β + γ) = 0. ⎭ 43 (2.8)
  • 44. Обратим внимание на то, что данная система уравнений по сравнению с (2.1) содержит уравнение (2.6), характеризующее скорость перетекания масла в сосудах успокоителя, а ее первое уравнение дополнено моментом силы тяжести избытка жидкости – уравнение (2.7). Для определения положения динамического равновесия ЧЭ найдем частное решение системы (2.8) в виде: α = αr = const; β = βr = const; γ = γr = const. Тогда α = β r = γ r = 0 , т.е. это такое состояние, когда скорость изменения параметра (1-я производная) равна нулю. Исходя из этого, получим: ~ Bβ r + Cγ r = H Г ω sinϕ ; ⎫ ⎪ ~ H Г ω cosϕ α r = 0 ; ⎬ ⎪ F( β r + γ r ) = 0. ⎭ (2.9) Из второго уравнения системы (2.9) находим: αr = 0. Это означает, что в положении динамического равновесия ось ЧЭ находится в плоскости меридиана и погрешность отсутствует при условии, что судно неподвижно. В третьем уравнении видно, что γr = − βr (поскольку F ≠ 0) и, подставив это равенство в первое уравнение системы, получим: βr (B – C) = ~ H Г ω sinϕ . (2.10) Разделим равенство (2.10), т.е. его левую и правую части, на В ≠ 0: ~ B − C H Г ω sinϕ = βr . B B Обозначив B−C = S (S<1), определим βr: B ~ H Г ω sinϕ . βr = SB (2.11) Согласно равенству γr = − βr определим γr: ~ H Г ω sinϕ (2.12) γr = − . SB Таким образом, для неподвижного гирокомпаса с успокоителем в положении динамического равновесия αr = 0 – главная ось ЧЭ находится в плоскости истинного меридиана. 44
  • 45. Угол βr (уравнение 2.11) показывает, что ось приподнята над горизонтом на угол βr, который в 1/S больше при затухающих колебаниях, чем при незатухающих. Например, для широты φ* = 60о βr(НЗК) = 0,1о, а βr(ЗК) = 0,23о. Угол γr = − βr показывает, что избыток масла находится в южном сосуде, при этом уровни масла в сосудах расположены в одной плоскости, параллельной плоскости горизонта, и угол γr равен углу βr, но они имеют противоположные знаки. Наличие углов γr и βr приводит к суммарному моменту Ly = Bβr + Cγr, действующему относительно оси Y-Y гиросферы. Вследствие этого гиросфера прецессирует к истинному меридиану (с учетом уравнений 2.11 и 2.12) с угловой скоростью: ~ B β r + C γ r (B − C ) (Н Г ω sinϕ ωp = = = (B − C) H Г HГ HГ Ly ) = ω sinϕ ~ = ω2 , т.е. равной вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли, и, таким образом, главная ось ГК всегда находится в плоскости истинного меридиана. Закон движения главной оси ЧЭ в азимуте. Для определения закона движения главной оси ЧЭ при наличии масляного успокоителя необходимо решить систему дифференциальных уравнений (2.8) относительно переменных α, β, γ. Наибольший интерес представляет закон движения главной оси гиросферы в азимуте по отношению к плоскости истинного меридиана, т.е. систему необходимо решить относительно α. Используя методы высшей математики, решением системы относительно α является следующее уравнение: α = C1 e─ mt + A e─ ht sin( ωdt + ψ), где (2.13) C1 – произвольная постоянная интегрирования; А – постоянная интегрирования, определяющая начальную амплитуду колебаний оси ЧЭ по углу α; m, h – коэффициенты затухания; ωd – круговая частота затухающих колебаний гиросферы; ψ – начальная фаза затухающих колебаний гиросферы. 45
  • 46. На рис. 2.12 показан общий вид кривых затухающих колебаний ЧЭ гирокомпаса. α α = C 1e − mt + Ae − ht sin( ω d t + ψ ) A e − ht sin( ω d t + ψ ) e − ht Asinψ C1 A C 1e − mt α1 0 α2 α t Td − α1 Рис. 2.12. Кривые затухающих колебаний ЧЭ гирокомпаса Первое слагаемое уравнения (2.13) C1 e─ mt определяет апериодическое движение ЧЭ, обусловленное действием масляного успокоителя, происходящее по экспотенциальному закону. Второе слагаемое A e─ ht sin(ωdt + ψ) – затухающее гармоническое колебательное движение, стремящееся с течением времени к нулю. Поэтому какое-либо начальное отклонение главной оси гиросферы от плоскости истинного меридиана с течением времени t уменьшается. У ГК типа «Курс» величина m примерно втрое > h, поэтому первый член уравнения (2.13) быстро затухает: за 80 мин. он уменьшается более чем в 100 раз. Учитывая это, кривую затухающих колебаний анализируют, соответственно отступая от начала координат, т.е. без первого члена, по формуле: α = A e─ ht sin(ωdt + ψ). 46
  • 47. Период затухающих колебаний гиросферы в азимуте Td и их круговая частота ωd связаны зависимостями: ~ (B − C) ω cosϕ . ωd = HГ HГ 2π ; Td = = 2π ~ ωd (B − C) ω cosϕ Практически, график зависимости α от t может быть получен с курсограммы прибора (при отшвартованном судне). С помощью системы ускоренного приведения в меридиан гиросферу отклоняют на 30о – 40о от меридиана при выключенных гиромоторах. Затем подают питание на гиромоторы и выключат масляный успокоитель. Гиросфера будет совершать незатухающие колебания – перо курсографа будет их вычерчивать. Спустя 1,5 – 2,0 периода, включают масляный успокоитель и получают график на курсограмме по виду как на рис. 2.12. С графика определяют Td и фактор затухания f, равный отношению амплитуд колебаний через полупериод: f = α1/α2 = α2/α3 = 2 – 6 (для ГК типа «Курс»), которые являются показателями качества гиросферы. Сравнивая полученные данные с паспортными данными, судят о пригодности гиросферы к эксплуатации. 2.4. Скоростная девиация гирокомпаса 2.4.1. Составляющие угловых скоростей Все рассмотренные до сих пор вопросы, связанные с движением главной оси ГК (незатухающие колебания, затухающие колебания, положение динамического равновесия и др.) относились к работе гирокомпаса на неподвижном судне. Напомним, что ГК приходит в меридиан и удерживается в таком положении благодаря наличию маятникового момента силы Ly = Bβ, где угол β наклона главной оси Х-Х к плоскости горизонта является следствием полезной составляющей земного вращения ~ ω 3 = ωcosϕ sinα = ω1α . Таким образом, физической величиной, на которую реагирует ГК на неподвижном судне, является направленная вдоль истинного меридиана горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли ω1. Поэтому положение динамического равновесия неподвижного ГК по азимуту αr=0. 47
  • 48. На ходу судна условия работы ГК иные. В этом случае на ГК оказывают влияние собственное движение судна, изменение его скорости и курса, качка, вызывая дополнительные отклонения оси ГК от меридиана, т.е. погрешности в его показаниях, которые могут достигать значительных величин. Эти погрешности получили названия, соответствующие причинам их возникновения. Погрешность, которая возникает вследствие движения судна с постоянной скоростью и с постоянным курсом, называется скоростной погрешностью или скоростной девиацией. Для уяснения причины возникновения скоростной погрешности ГК рассмотрим вначале некоторые частные случаи движения судна по поверхности Земли – вдоль меридиана и по экватору (рис. 2.13). PN N 1 ω δv Σ N H W W E ωc S ~ S Vc H E ωc Vc ω1 ωΣ δv ω ~ ω ~ R R ω1 ω1 ~ R ωc ~ R Vc Vc ωc Рис.2.13. К пояснению причины возникновения скоростной девиации Пусть судно движется вдоль меридиана в направлении N со скоростью Vc. Вектор угловой скорости ωс будет направлен к W (из конца вектора ωс направление вектора Vc усматривается против часовой ~ стрелки). Значение ωс определится отношением Vc / R . 48
  • 49. Если бы судно было неподвижно, то главная ось гиросферы и соответственно ее вектор кинетического момента Н в положении динамического равновесия совпадали бы по направлению с горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли ω1. Но теперь, при движении судна, в плоскости горизонта имеет место еще один вектор угловой скорости ωс. Геометрическая сумма векторов ω1 и ωс определится вектором ωΣ. Главная ось гиросферы не обладает избирательностью и установится по результирующей ωΣ, то есть, отклонится от плоскости истинного меридиана на некоторый угол δv в данном случае к W (δv будет иметь отрицательный знак). В этом по сути и заключается причина возникновения скоростной девиации гирокомпаса, т.к. в данном случае плоскость горизонта получает дополнительное угловое вращение вокруг оси EW. Аналогично, при движении судна курсом S также возникает скоростная девиация δv с той лишь разницей, что ωс теперь будет направлена к Е и δv будет иметь положительный знак. При движении судна вдоль экватора на курсе Е, как видно из рис.2.13, вектора ω1 и ωс совпадают по направлению, а на курсе W направлены противоположно, но также лежат на одной линии. Плоскость горизонта получит лишь изменение ее угловой скорости вращения только вокруг полуденной линии NS, что не приведет к отклонению главной оси гиросферы от плоскости истинного меридиана. Следовательно, девиация в этих двух частных случаях будет отсутствовать. Теперь перейдем к общему N случаю движения судна по земной поверхности и определим составляющие угловых скоростей. VN Vc Пусть судно движется по земИК ной поверхноcти некоторым курсом ИК с постоянной скоростью Vc (рис. 2.14). Составляющие этой W E скорости по меридиану и параллели соответственно равны: VE VN =Vc cosИК ; VE =Vc sinИК. На рис. 2.15 показана горизонтS ная система координат, связанная с Рис.2.14 Составляющие судном в точке О, а движение судна скорости судна задано составляющими VN и VE. 49
  • 50. Судно находится в некоторой широте φ. Составляющая линей~ ной скорости VN направлена по дуге большого круга с радиусом R . Это приводит к возникновению угловой скорости: V V ω N = ~N = ~c cos ИК. R R (2.14) Перемещаясь по параллели по дуге малого круга радиусом r с составляющей линейной скорости VE, судно совершает движение по поверхности Земли с угловой скоростью: ωE = PN Vc Vc sinИК =~ r R cos ϕ ~ ω ωE N VN ~ ω ω1 ω2 r О W E VE ωN ~ R S ϕ ~ R Рис. 2.15. Движение горизонтной системы координат по поверхности Земли Видно, что вектор ωЕ совпадает по направлению с вектором уг~ ~ ловой скорости вращения Земли ω (вектор ω и его составляющие ω1 и ω 2 находятся в плоскости перпендикулярной плоскости ЕОN). Движение судна по параллели, подобно суточному вращению Земли, 50
  • 51. вызывает вращение плоскостей истинного горизонта и меридиана наблюдателя в пространстве. Изобразим известную нам горизонтную плоскость ЕОN (рис. 2.1 и рис. 2.2) и определим горизонтальную и вертикальную составляющие дополнительного вращения плоскости истинного горизонта, спроектировав ωЕ на полуденную линию NS и отвесную zn (рис. 2.16). Из рисунка имеем: V ω E1 = ω E cosϕ = ~c sin ИК ; R V ω E 2 = ω E sinϕ = ~c tgϕ sin ИК . R Дополнительное вращение сообщается плоскости горизонта также вокруг линии EW за счет составляющей ω N (2.14). Теперь определена совокупность угловых скоростей, которые воспринимаются ЧЭ гирокомпаса, установленного на движущемся судне. z ωE2 ~ ω ω2 ωE N ϕ N ωΣ ω E1 H W O S N ГК P δv ωN ω1 N ω1 ω E1 E W n Рис.2.16. Вектора угловых скоростей и их составляющие − ωN E S Рис.2.17. Скоростная девиация гирокомпаса Наибольший интерес представляет тот факт, что в плоскости истинного горизонта оказалось вместо единственной составляющей ω1 (при неподвижном основании ГК) три составляющие. Раньше главная ось ЧЭ удерживалась в положении равновесия в вертикальной плоскости истинного меридиана, содержащей вектор угловой скорости ω1, но теперь эта плоскость содержит вектор равнодействующей угловой скорости ωΣ (рис. 2.17). Указанная плоскость получает название плоскости компасного меридиана, т.к. именно в этом направлении будет расположена главная ось ЧЭ гирокомпаса. 51
  • 52. Найдем угловое отклонение δv оси ЧЭ от плоскости истинного меридиана, обращая внимание на то, что знак “ минус” при ω N означает, что при заданных исходных условиях угол δv имеет западное наименование: tg δ v = − ωN ω1 + ω E1 Vc ~ cos ИК Vc cos ИК R =− =−~~ . R ω cosϕ + Vc sin ИК ~ cosϕ + Vc sin ИК ω ~ R (2.15) 2.4.2. Формула скоростной девиации и ее анализ Формула (2.15), точная с математической точки зрения, противоречива с практической точки зрения, поскольку для определения погрешности курса δv необходимо знать истинное значение последнего. Для устранения этого недостатка и получения формулы скоростной девиации в функции гирокомпасного курса (ГКК) умножим обе части равенства (2.15) на сosδv и вместо ИК подставим известное общее соотношение ИК = ГКК+δv. Выполнив несложные преобразования, окончательно получим: Vc cos ГКК . sin δ v = − ~ ~ R ω cos ϕ (2.16) При скоростях, не превышающих 25 уз., и широтах плавания не выше 80о скоростная девиация имеет значение, не превышающее 10о. Поэтому допустимо считать, что sin δ v ≈ δ v , а с учетом того, что ~~ R ω =900 уз., получим формулу более удобную для ее практического использования: δv = − Vc cos ГКК 900 cosϕ × 57,3 ο . (2.17) При наличии течения или дрейфа судна девиация δv должна вычисляться по формуле: δv = − Vc cos ПУ , 900 cosϕ + Vc sin ПУ где Vc – абсолютная скорость судна (по отношению к грунту); ПУ – путевой угол судна (угол между истинным меридианом и линией перемещения судна). 52
  • 53. Основные закономерности проявления скоростной девиации, вытекающие из анализа формулы (2.17), состоят в следующем. 1. Возникновение скоростной девиации обусловлено наличием у судна северной составляющей скорости движения VN при этом: на северных курсах девиация отрицательна и имеет западное наименование; на южных курсах девиация положительна и имеет восточное наименование. 2. Девиация линейно зависит от скорости судна Vс. 3. Девиация имеет полукруговой характер зависимости от компасного курса: максимальное абсолютное значение на курсах 0о и 180о; нулевое – на курсах 90о и 270о. 4. Зависимость девиации от широты определяется функцией 1 / cos ϕ = sec ϕ , поэтому особенно резкое увеличение ее численного значения происходит в широтах выше 70о. 5. Девиация зависит от широты плавания, скорости и курса судна и не зависит от каких-либо параметров гирокомпаса и поэтому она одинаково присуща гирокомпасам всех типов. В условиях плавания скоростная девиация учитывается путем ее исключения из показаний репитеров с помощью корректора. Так, в гирокомпасах типа «Курс-4», «Курс-4М» используется полуавтоматический электромеханический корректор. Следует заметить, что главная ось ГК продолжает оставаться в плоскости гирокомпасного меридиана (в положении динамического равновесия), а с датчика курса, в результате работы корректора и следящей системы прибора, поступает значение истинного курса. В современных системах курсоуказания, снабженных центральным электронно-вычислительным устройством, информация о курсе на цифровых репитерах свободна от влияния скоростной девиации – коррекция производится непрерывно и автоматически. 2.5. Девиация гирокомпаса на маневрирующем судне 2.5.1. Поведение гирокомпаса на маневре Как было установлено ранее, всем гирокомпасам присуща скоростная девиация. Методы ее коррекции могут быть различны и точность последней зависит от точности знания параметров движения судна и широты его места. По этой причине скоростная девиация не может являться показателем качества гирокомпаса, а именно, его точностных характеристик. 53
  • 54. Совершенно иначе обстоит дело с влиянием маневрирования судна на ГК. Именно в зависимости от этого влияния определяется действительный класс его точности. Под маневром судна условимся понимать изменение его скорости, курса или того и другого одновременно. В любом из этих случаев у основания гирокомпаса появляется линейное ускорение, которое передается точке подвеса чувствительного элемента. Имеющиеся полные исследования показывают, что наиболее сильное воздействие на чувствительный элемент гирокомпаса оказывает составляющая линейного ускорения, действующая вдоль меридиана. Для простоты рассуждений представим, что судно совершает маневр изменением скорости (пусть скорость увеличивается от малого хода вперед до полного) вдоль меридиана в северном направлении. Будем считать, что до начала маневра ось Х-Х чувствительного элемента располагалась в положении равновесия, т.е. в плоскости компасного меридиана, отклоненного от истинного меридиана на угол скоростной девиации δv. На рис. 2.18 изображена zг одногироскопная модель ЧЭ с WК геометрическим центром в точyг ке О. Ускорение судна jN наLY Н' Г N' К правлено к NК. Значит, и гиросфера будет испытывать ускоSК НГ Δα O NК рение, вектор которого прилоxг xг a жен к центру ее массы – G точке G. EК jN FS Сила инерции FS, вызванyг ная ускорением jN = VN , приzг ложена также к центру массы Рис. 2.18. Инерционное смещение ЧЭ, всегда направлена в стороглавной оси ЧЭ ну, противоположную ускорению и равна по величине (в соответствии со вторым законом Ньютона): FS = − m VN , где m – масса ЧЭ. Расстояние a (метацентрическая высота) от точки подвеса гиросферы О до точки G является плечом действия силы FS вокруг оси YY ЧЭ, следовательно, создается момент этой силы: 54
  • 55. Ly = FS a = – ma V N , или Ly = − m ga VN B = − VN , g g где B = mga = const – максимальный момент силы тяжести ЧЭ или модуль маятникового момента (см. п.2.1.4). Момент внешней силы (силы инерции) Ly располагается на оси Y-Y (так, чтобы из конца вектора Ly действие силы FS усматривалось против часовой стрелки) и вызывает прецессию ЧЭ вокруг оси Z-Z – НГ стремится к Ly в горизонтальной плоскости (см. п.1.2.1, п.1.2.2). Прецессионное движение ЧЭ, возникающее под действием момента сил инерции, называется инерционной прецессией. Угловая скорость этого движения в соответствии с формулой (1.1): ω pz = Ly B =− VN . HГ HГg Вследствие инерционной прецессии, которая будет иметь место только в течение времени маневра Δt (а после окончания маневра прекращается) главная ось ЧЭ переместится в горизонтальном направлении на некоторый угол: Δα = − B B (VN2 − VN1 ) = − B ΔVN , VN Δt = − HГ g HГ g HГ g (2.17) так как ускорение jN = VN = (VN2 – VN1)/Δt есть изменение скорости судна ΔVN за время Δt вдоль меридиана от начала маневра в t1 до его окончания в t2. Знак “минус” означает, что инерционное перемещение происходит к западу. После завершения маневра вектор кинетического момента ЧЭ укажет новое положение компасного меридиана N'К. Угол, на который ЧЭ повернется в горизонтальной плоскости в результате инерционной прецессии, называется инерционным перемещением. 2.5.2. Апериодический переход и его условие Теперь обратим внимание на то, что при маневре кроме инерционного смещения главной оси ЧЭ на угол Δα одновременно изменя55
  • 56. ется и скоростная девиация δV, характеризующая положение динамического равновесия на ходу судна. Сохраним характер маневра судна таким же, как в рассмотренном выше примере. Так, если до момента начала маневра t1 судно шло курсом КК1 со скоростью V1, чему соответствует значение δV1, то после завершения маневра в момент t2 судно имеет новые параметры движения – КК2, V2, δV2 и этому соответствует новое положение динамического равновесия главной оси ЧЭ (рис.2.19). Определим изменение скоростной девиации, используя формулы (2.16) и (2.17): ΔV V cosKK 2 V1 cosKK1 Δδ V = δ V2 − δ V1 = − ~2 ~ + ~~ =−~~ N , R ω cosϕ R ω cosϕ R ω cosϕ (2.18) Δt где ΔVN = V2 cosKK 2 − V1 cosKK1 − изменение меридиональной составляющей скорости судна за время маневра Δt. Таким образом, за время маневра происходит два события: – изменяется скоростная девиация δv, т.е. положение динамического равновесия ГК изменяется на величину необходимого приращения скоростной девиации Δδv; – совершается инерционное смещение главной оси ЧЭ на угол Δα. Важно отметить, что при любом маневре (при любом ΔVN) оба поворота оси ЧЭ на углы Δδv и Δα имеют одинакоN К2 NИ N К1 t 3 вый знак, т.е. смещаются в одну и ту же сторону. δ V1 δ V2 Заметим также, что и инерционное перемеΔ δ V = δ V 2 − δ V1 щение оси ЧЭ Δα и неΔα 2 обходимое приращение скоростной девиации Δδv Δα 4 в одинаковой мере завиΔα 3 сят от характера выпол4 2 3 t 2 няемого маневра (ΔVN), ϕ > ϕ∗ ϕ < ϕ∗ однако, Δδv зависит еще и от широты плавания. Поϕ = ϕ∗ W E этому возможны три ваt1 рианта соотношений Δδv 1 и Δα, иллюстрируемых на Рис.2.19. Инерционная девиация рис. 2.19: первого рода 56
  • 57. Δα4 > Δδv; Δα3 < Δδv; Δα2 = Δδv. В первом и втором случаях на момент t2 завершения маневра главная ось ЧЭ окажется отклоненной от положения динамического равновесия на угол: δjI = Δα – Δδv. Теперь становится понятным, что погрешностью ГК следует считать разность между фактическим инерционным перемещением Δα и необходимым приращением скоростной девиации Δδv, т.е. показания ГК после окончания маневра в t2 будут содержать погрешность δjI , которая называется инерционной девиацией первого рода. Если масляный успокоитель включен, то в t3 эта погрешность будет погашена. В третьем случае δjI = Δα – Δδv = 0 и ось ЧЭ займет новое положение без каких-либо колебаний. Такой переход называется апериодическим переходом. Поскольку углы Δα и Δδv имеют различную физическую природу, обеспечение равенства Δα = Δδv, т.е. δjI = 0, возможно только при выполнении некоторого условия. Найдем это условие, опираясь на формулы (2.17) и (2.18): Δα = Δδ V ; − B ΔVN ΔV =− ~~ N H Гg R ω cosϕ . (2.19) Возможное сокращение на значение ΔVN имеет важный физический смысл, состоящий в том, что условие, которое будет найдено, не зависит от вида маневра, т.е. является инвариантным к приращению северной составляющей скорости, возникающему в процессе маневрирования. Выражение (2.19) преобразуется по свойству пропорций к виду: HГ ~ B ω cosϕ ~ R = . g Извлекая из правой и левой частей, полученного равенства, квадратные корни и умножая результат на 2π, получим: 2π НГ ~ cosϕ Bω = 2π 57 ~ R . g (2.20)
  • 58. В левой части равенства (2.20) находится известное выражение для периода То собственных незатухающих колебаний ГК. В правой части – выражение, которое можно трактовать как период Т* собственных незатухающих колебаний математического маятника, длина ~ нити которого l = R . В соответствии с этим выражение (2.20) в наиболее краткой форме принимает вид: То = Т* и представляет собой искомое условие апериодических переходов гирокомпасов. Таким образом, для того, чтобы главная ось ЧЭ из положения равновесия до маневра безколебательно перешла в новое положение равновесия после маневра, необходимо и достаточно период собственных колебаний ГК сделать равным периоду колебаний математического маятника, длина нити которого равняется радиусу Земли. Данное условие, имеющее важное значение в теории и практике гирокомпасов, установил в 1910 г. немецкий ученый, профессор Макс Шулер (1882 – 1972) и поэтому такое условие часто называют условием (теоремой) М.Шулера. ~ Если подставить в (2.20) R =6378 км. и g = 9,81м/сек2, то получим период М.Шулера Т* = 84,4 мин. Если этому числу равен период незатухающих колебаний То гирокомпаса, то его переход в новое положение динамического равновесия после маневра происходит апериодически. Из формулы (2.20) видно, что при неизменных параметрах ГК НГ и В условие или период М.Шулера, а следовательно, и апериодический переход, может выполняться только в определенной расчетной широте φ*. Расчетной широтой гирокомпаса «Курс - 4» российского производства является φ* = 60о. В Германии φ* принята равной 54о, в Англии – 52о, в США – 40о. То есть, при выполнении условия апериодического перехода инерционная девиация первого рода исключается. Однако, этого можно добиться и в широком диапазоне широт плавания. Так, гирокомпасы «Курс - 5», «Курс - 10» спроектированы так, что их использование в качестве апериодических предусмотрено в диапазоне широт от φ1 = 20о до φ2 = 80о. В настоящее время апериодические гирокомпасы не применяются и представляют в основном исторический интерес. 58
  • 59. 2.5.3. Инерционная девиация первого рода Большинство гирокомпасов являются неапериодическими и для них, как было установлено ранее, условие апериодического перехода выполняется только в расчетной широте φ*. При маневрировании судна в любой другой широте φ ≠ φ*, То ≠ Т* и Δα ≠ Δδv. Следовательно, в момент t1 начала маневра возникает переменная инерционная девиация первого рода δjI , достигающая своего максимального значения на момент окончания маневра t2 (точки 3 и 4 на рис. 2.19). Затем при работающем масляном успокоителе она постепенно исчезает и ось ЧЭ устанавливается в положение NГ2, обусловленное необходимым приращением скоростной девиации. Обратим внимание на то, что если маневр выполняется в φ > φ* то перемещение оси ГК в новое положение динамического равновесия происходит медленнее из-за возросшего значения периода То незатухающих колебаний: То > Т*. Значит, главная ось прибора в конце маневра не дойдет до положения NГ2 (на рисунке точка 3) и наоборот – при φ < φ*, То < Т*, ось ГК “перегонит” гироскопический меридиан, ее движение происходит быстрее (точка 4). Итак, δjI = Δα – Δδv = − B ΔVN ΔV +~~ N . HГg R ω cosϕ (2.21) Выполнив несложные преобразования выражения (2.21) и учитывая формулу (2.20), в итоге получим: δ j = (δ V2 I ⎛ T∗ 2 ⎞ − δ V1 )⎜ 2 −1⎟ . ⎜T ⎟ ⎝ o ⎠ Этот вариант формулы для δjI наиболее четко отражает причину появления инерционной девиации первого рода, – существование неравенства периода То гирокомпаса периоду М.Шулера Т*. Из преобразований выражения (2.21) можно получить еще один вариант формулы, удобной для расчета: ⎞ ⎛ cosϕ δ j I = (δ V2 − δ V1 )⎜ ⎟ ⎜ cos ϕ −1⎟ . ⎠ ⎝ ∗ 59
  • 60. Знак девиации δjI зависит от разности значений скоростных девиаций в конце и начале маневра, а также от различия между широтами плавания и расчетной. Можно сформулировать следующие основные особенности инерционной девиации первого рода. 1. Возникновение ее обусловлено силами инерции, возникающими при маневрировании, и определяется пониженным центром тяжести ЧЭ. 2. Проявляется у неапериодических ГК, если судно маневрирует не в расчетной широте (φ ≠ φ*) так, что изменяется меридиональная составляющая ΔVN его скорости. 3. Возникает в момент начала маневра, практически линейно увеличивается и достигает максимальной величины в момент окончания маневра. 4. Максимальное значение пропорционально величине ΔVN и тем больше, чем больше широта места судна φ отличается от расчетной φ*, а знак этого значения одинаков со знаком ΔVN при φ > φ*. 5. Наибольшую величину имеет при поворотах судна с курса N на курс S и обратно; в этих случаях на быстроходных судах и в высоких широтах она может быть 5о – 6о и больше. 6. После завершения маневра δjI колебательно уменьшается с частотой собственных колебаний чувствительного элемента, имея период затухающих колебаний Тd под действием масляного успокоителя. 7. Инерционная девиация не проявляется в расчетной широте φ* = 60о (для ГК типа «Курс» То = 84,4 мин). 8. Получить в “чистом виде” можно при выключении затухания перед началом маневра. 9. Предотвратить можно при выполнении равенства То = Т*. 2.5.4. Инерционная девиация второго рода 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 масляного успокоителя колебаний, называется инерционной погрешностью второго рода. 60
  • 61. Пусть характер выполнения маневра будет таким же, как и в предыдущем примере (рис. 2.18) с той лишь разницей, что маневр совершается в расчетной широте. Инерционной погрешности первого рода в этом случае не возникает (То = 84,4 мин.). Сила инерции FS, приложенная к пониженному центру тяжести G гиросферы, имея плечо а создает момент Ly относительно оси Y-Y. Главная ось прибора будет совершать инерционное перемещение (прецессировать) в сторону нового гироскопического меридиана NK2 – к точке 2 на рис. 2.21. В то же время, поскольку сосуды успокоителя не перекрыты, под действие сил инерции FS масло начнет перетекать из северного сосуда в южный. В южном сосуде постепенно будет увеличиваться избыток жидкости, момент силы тяжести которого Lж действует так же вокруг оси Y-Y, но в противоположном моменту L y направлении. Следовательно, скорость инерционного движения (под действием момента Ly) замедлится и главная ось ЧЭ к концу маневра не дойдет до нового положения NK2, а займет позицию в точке 3. В показаниях прибора появится инерционная погрешность второго рода δjII. В момент окончания маневра сила инерции FS становится равной нулю, перетекание масла из северного сосуда в южный прекратится, исчезнет момент Ly, вызывающий инерционное перемещение главной оси ЧЭ к NK2. Однако, существующий избыток жидкости в южном сосуде еще будет создавать момент Lж, коN К2 S Рж SК xг EК yг LY O а Lж FS WК N НГ xг G t3 δ V1 δ V2 yг NИ Δα = Δδ V NК δ jN вз 2 zг W Рис. 2.20. Влияние сил инерции й II j max 4 3 t2 Δt zг N К1 ϕ = ϕ∗ 1 Рис. 2.20. Влияние сил инерции на жидкостный ускоритель E t1 Рис.2.21. Инерционная девиация второго рода 61
  • 62. торый будет постепенно (обусловлено вязкостью жидкости и конструкцией успокоителя) уменьшаться, но сохраняя при этом свой прежний знак. В течение четверти периода (Td/4) ось гиросферы будет все дальше отходить в сторону первоначального положения гироскопического меридиана NK1, уменьшая скорость своего движения. Вследствие выравнивания уровней масла в сосудах успокоителя и возрастания маятникового момента (восточная часть горизонта непрерывно опускается в пространстве) указанное движение прекратится (точка 4); инерционная погрешность второго рода достигает своего максимального значения δjIImax. В этом положении последствия маневра исчезают и главная ось с затухающими колебаниями придет в новое положение гироскопического меридиана NK2. Инерционная девиация второго рода в обычных условиях плавания не превышает ± 0,5о, однако на быстроходных судах и при резких маневрах она может достигать 5о. Для ее устранения в некоторых конструкциях гирокомпасов предусмотрен выключатель затухания (ВЗ), перекрывающий на время маневра соединительную трубку сосудов успокоителя. Сформулируем основные особенности инерционной девиации второго рода. 1. Причина появления – наличие не выключенного демпфирующего устройства (гидравлического успокоителя колебаний). 2. Достигает своего максимального значения по времени примерно через четверть периода затухающих колебаний (1/4 Тd) после окончания маневра – запаздывающая погрешность. 3. Величина зависит только от характера маневра и не зависит от широты места. 4. Максимум всегда направлен в сторону первоначального гирокомпасного меридиана 5. Проявляется в “чистом” виде у неапериодических гирокомпасов в расчетной широте. 6. Предотвращение возникновения обеспечивается выключением на время маневра успокоителя колебаний: если φ > φ*, то использование выключателя затухания целесообразно; если φ < φ* то использование выключателя затухания неэффективно. 62
  • 63. 2.5.5. Суммарная инерционная девиация Σ δj , ο Как правило, двухгироскопные ГК, находящие1,0 ся в эксплуатации на судах 0,5 морского флота, являются 0 неапериодическими и, 160 t, мин 40 120 80 -0,5 кроме того, не все они имеют выключатель зату-1,0 хания. Это означает, что в -1,5 общем случае при маневΣ ο рированиях в показаниях δj , ϕ =60 о б) ГК будут возникать одно0,5 временно инерционная де0 виация как первого рода 40 80 120 160 t, мин так и второго рода. Резуль-0,5 тирующая этих девиаций и -1,0 называется суммарной -1,5 инерционной девиацией Σ ο Σ δj , δj , которую следует учиϕ =75 о в) тывать в течение некоторо2 го интервала времени по1 сле завершения маневра. 0 На рис 2.22 приведе80 160 240 320 t, мин -1 ны примеры графиков, характеризующих суммар-2 ную инерционную девиа-3 цию гирокомпаса «Курс -4 4» при маневре, состоящем в наборе скорости от Рис.2.22. Примеры графиков 0 до 25 узлов на курсе 180о суммарной инерционной девиации в течение 360 сек. Σ Подробное исследование δj показывает, что ее характер зависит от соотношения широт: расчетной φ* и фактической широты φ маневра. В широте φ < φ* девиации δjI и δjII в течение первой четверти периода затухающих колебаний противоположны по знаку и близки по величине, поэтому они будут взаимно погашаться. Следовательно, в ϕ =30 о а) 63
  • 64. широтах меньших расчетной нецелесообразно выключать затухание на время маневра. Если же φ > φ*, то в течение первой четверти периода погрешности δjI и δjII имеют одинаковые знаки и суммарная погрешность может достичь значительной величины. В этом случае при маневре целесообразно выключать затухание. Суммарная инерционная погрешность достигает особенно больших величин и очень медленно уменьшается при плавании в высоких широтах, где направляющая сила гирокомпаса мала, а период затухающих колебаний велик. Начальная фаза затухающих колебаний δjΣ, а также ее величина и знак на момент завершения маневра зависят не только от широты плавания, как было сказано, но и от параметров маневра. Поэтому в каждом конкретном случае кривая δjΣ может начинаться как из области отрицательных значений так и из положительных либо с нулевых. Определенный интерес представляет влияние повторных маневров на показания гирокомпаса, при этом δ jΣ может накапливаться. Получение достоверных таблиц или графиков суммарной инерционной девиации представляет значительные трудности, да и их применение по ряду причин совершенно не оправдано. Наиболее просто оценить влияние δjΣ можно, вычислив предварительно перед маневром изменение меридиональной составляющей скорости судна по формуле: ΔVN = V2 cosKK 2 − V1 cosKK 1 (2.22) где V2, KK2 и V1, KK1 – значения скорости и курса судна соответственно после и до маневра. Если ΔVN = 5 – 7 узлов, то суммарная девиация ГК незначительна и может не приниматься в расчет. Если ΔVN > 7 уз., то тогда δjΣ следует принимать во внимание, о чем подробнее будет указано ниже. Влияние повторных маневров судна на гирокомпас. Если судно совершает ряд маневров, следующих один за другим через интервалы времени меньшие, чем это необходимо для того, чтобы δjΣ от каждого предыдущего маневра практически исчезла до начала следующего, то ЧЭ ГК как бы “запоминает” девиацию от каждого отдельного манев64
  • 65. ра. Вследствие этого результирующая девиация представляет собой итог наложения всех составляющих δj с учетом времени возникновения каждой. Анализ показывает, что возможна такая последовательность маневров, при которой результирующая девиация может достичь своего максимального значения δj (мах) в 2 – 2,5 раза превышающего значение δj при однократном маневре. Это произойдет при маневрировании вдоль меридиана, где ΔVN имеет наибольшее значение при данной скорости, и если промежутки времени между маневрами примерно равны половине периода Тd затухающих колебаний ГК в данной широте. Предположим, что судно, следуя курсом 180о в широте φ = 70о со скоростью V=22 уз., совершило первый маневр: поворот вправо с КК1 = 180о на КК2 =0о. При таком маневре по формуле (2.22) ΔVN = 44 уз. Эта ситуация характеризуется кривой 1 инерционной девиации, изображенной на рис. 2.23. На графике видно, что примерно через 70 мин. после момента начала первого маневра девиация достигает своего второго максимального значения. Если немного раньше этого момента (отмечено стрелкой) сделать повторный маневр, представляющий собой также правую полуциркуляцию, но с курса 0о на курс 180о, то кривая 2 девиации от этого маневра будет представлять собой зеркальное отображение графика девиации после первого маневра, но сдвинутое вперед по времени. Взаимное расположение кривых 1 и 2 позволяет сделать вывод, что остаточное значение девиации от первого маневра налагается на девиацию от второго маневра таким образом, что происходит максимально возможное накопление девиации. Аналогичные рассуждения можно продолжить применительно к третьему маневру (вновь поворот с курса 180о на курс 0о). Его начало также отмечено стрелкой (кривая девиации 3). График результирующей девиации после трех маневров представлен кривой 4. Поскольку девиация, возникающая после первого маневра, постепенно затухает, после некоторого числа маневров (практически трех-четырех) максимум результирующей девиации достигнет наибольшего возможного значения и ее дальнейшее накопление прекратится. 65
  • 66. δ j, ο 8 ϕ =70 о 6 4 1 1 2 0 2 t, мин 40 120 80 160 200 240 3 -2 -4 4 -6 -8 Рис.2.23. Влияние повторных маневров судна на гирокомпас Хотя приведенная последовательность маневрирования в реальных условиях плавания маловероятна, тем не менее, факт возможности накопления девиации при определенных условиях существует и это обстоятельство следует принимать во внимание особенно при маневрировании в высоких широтах. Учет суммарной инерционной девиации при обсервациях. Если руководствоваться, например, графиком девиации, возникшей после однократного маневра (рис. 2.23, кривая 1), то видно, что еще в течение 1,5 – 2 часов имеется ощутимая погрешность в показаниях ГК. А в некоторых случаях, особенно в течение первого полупериода колебаний главной оси ЧЭ после завершения маневра, она может достигать значительной величины. Наличие этой погрешности следует иметь в виду при определении места судна путем визуального пеленгования или радиопеленгования (гирокомпас связан с радиолокатором), так как δjΣ ГК полностью войдет в погрешность определения. 66
  • 67. * Главная ось ЧЭ гирокомпаса определяет положение плоскости ξ компасного меридиана ОИП NК, относительно которо1 О КП го выполняется пеленго1 КП вание объектов (рис. 1 КП 2.24). Но информация о 2 M1 курсе судна, предоставляемая на репитере, осθ вобождена от влияния M скоростной погрешности, * поэтому погрешность курсоуказания ξ равна сумме поправки гирокомпаса ΔГК и суммарной инерционной девиации δjΣ после маневра. Рис.2.24. Учет суммарной При отсутствии поинерционной девиации грешности δjΣ на момент при обсервациях измерений было бы получено место судна М. Точность знания этого места оценивается погрешностью ΔГК и средней квадратической погрешностью пеленгования m=0,7о (по РШСУ – 98). Если же наблюдения необходимо производить в момент времени вскоре после маневра, то полученное место следует считать неточным. Возможную погрешность места судна (при известной величине ξ) определяют по формуле: Nи Nк ξ D ξ О И П О 2 КП 2 MM1 = 1 ξ D cos ec θ , 57,3 где ММ1 – линейная погрешность в определении места; D – расстояние между объектами наблюдения; θ – угол между пеленгами. Для примера считаем, что сразу после завершения маневра (в момент времени равный 10 мин. по графику δj – кривая 1 рисунка 2.23) суммарная инерционная девиация равна 4,0о. При расстоянии между ориентирами D = 10 миль и угле между пеленгами θ = 50о ве67
  • 68. личина линейной погрешности ММ1, обусловленная влиянием только лишь инерционной погрешности, составит: ММ1 = 1/57,3·4,0·cosec50о = 0,9 мили. Этот пример иллюстрирует возможную погрешность в определении места судна вследствие инерционной девиации гирокомпаса. Но поскольку действительное значение δjΣ в реальных условиях плавания неизвестно, то данный вид наблюдений рекомендуется производить до маневра или спустя 1,5 – 2,0 часа после маневра. Поперечное смещение судна. Так как в показаниях ГК в результате маневрирования судна возникает инерционная девиация существующая определенное время, то это значит, что судно, управляемое по гирокомпасу, в течение этого времени будет следовать неверным курсом – отличным от заданного. В таких условиях неизбежно появится поперечное линейное, иначе говоря, боковое смещение по отношению к линии пути, проложенного на карте. На (рис. 2.25,а) приведен для примера типичный график инерционной девиации и по отмеченным на нем характерным моментам времени t1 и t2 построена интегральная кривая, характеризующая боковое смещение судна (рис.2.25,б). δΣ ,ο j ϕ ϕ Рис.2.25. Полоса безопасного движения судна 68
  • 69. Ось абсцисс нового графика одновременно является и осью времени, и той линией пути, которая проложена на карте и по отношению к которой возникает поперечное линейное смещение судна. К моменту времени t1, поскольку девиация имеет неизменный знак, смещение судна достигает максимального значения d1max в данном случае влево от намеченного пути. К моменту времени t2, вследствие того, что девиация изменяет свой знак, не только компенсируется все смещение, возникающее к моменту t1, но и достигает максимального значения смещения противоположного знака d2max. Последующие максимумы малы и их игнорируют. Рассчитав смещения d1max и d2max на моменты t1 и t2 соответственно, можно определить максимальную ширину полосы dmax = d1max + d2max, которую захватит судно в процессе движения (рис. 2.25,в). Отсюда вытекает, что если выдерживать заданный курс (ЗК) по показаниям гирокомпаса после маневра, то судно будет отклоняется в обе стороны от линии курса, захватывая полосу, которую называют полосой сноса или полосой безопасного движения. Это необходимо учитывать особенно при плавании в стесненных условиях, например в узкостях, мелководных районах, вблизи затонувших объектов. Ширина полосы зависит от характера маневра и от широты плавания. Конечное боковое смещение через 1,5 – 5,0 часа после маневра соответственно в широтах от 0о до 80о практически обращается в ноль. Практические рекомендации по снижению влияния суммарной инерционной девиации гирокомпаса на точность и безопасность судовождения. В целях снижения инерционных девиаций на точность и безопасность судовождения могут быть предложены следующие практические рекомендации, которые соответствуют требованиям РШСУ – 98. 1. Поправку гирокомпаса целесообразнее всего определять на стоянке перед выходом судна в море по береговым ориентирам, когда это можно выполнить с максимально возможной степенью точности. 2. Систематическую проверку стабильности поправки гирокомпаса во время плавания надо выполнять в условиях, когда судно не менее 1,5 – 2,0 ч., а в высоких широтах не менее 3,0 ч., следует неизменным курсом с неизменной скоростью. 3. Сличение показаний гирокомпаса и магнитного компаса выполнить сразу после окончания поворота на тот случай, чтобы знать поправку магнитного компаса хотя бы с точностью до значения инерционной девиации, если гирокомпас выйдет из строя. Затем сли69
  • 70. чение показаний выполнить через 1,5 – 2,0 ч. и полученную поправку магнитного компаса принимать к учету в дальнейшем. 4. В течение 1,5 – 2,0 ч. после маневра избегать определения места судна по пеленгам двух ориентиров, а определять место судна способами, не связанными с пеленгованием. 5. Определение девиации магнитного компаса по сличению с гирокомпасом будет выполнено с высокой степенью точности, если судно будет разворачиваться по курсу с помощью подруливающего устройства или буксиров, т.е. практически оставаться на месте. 6. Следует избегать, особенно при плавании в высоких широтах, повторных маневров, следующих один за другим через интервалы времени, примерно равные половине периода затухающих колебаний гирокомпаса в широте места маневра. Особенно нежелательно в указанном случае маневрирование вдоль меридиана, связанное с изменением скорости или поворотом судна на 180о. 7. Имея в виду возникновение поперечного линейного смещения судна после маневра, следует, если это возможно, последний маневр перед входом в узкость или стесненные воды выполнять настолько заблаговременно, чтобы максимальные линейные смещения судна имели место до входа в указанные районы. Если выполнение данной рекомендации невозможно, то контроль места судна и коррекция его пути должны обеспечиваться в соответствии с требованиями точности в конкретной ситуации. Все приведенные выше рекомендации имеют смысл только в том случае, если при маневре нордовая составляющая скорости судна ΔVN составляет не менее 5 – 7 узлов. При меньшем значении ΔVN влияние маневра судна на гирокомпас становится незначительным. 2.6. Влияние качки судна на точность гирокомпаса 2.6.1. Процесс образования девиации Морские суда в плавании, особенно при дальних рейсах, могут испытывать весьма интенсивное, а нередко и длительное, возмущающее воздействие от качки. При этом силы инерции, порождаемые ускорениями при качке, оказывают существенное влияние на точность показаний ГК. Качество и надежность работы компаса оценивается в первую очередь точностью его показаний во время качки. Отсюда методы устранения возникающих погрешностей являются отличительной особенностью различных типов ГК. 70
  • 71. ы лн ро КК Eк jx Sк б) КК jy Wк jy Fy Нг jк Fx Wк Nк нт Нг Fк а) Ф Фр он тв о лн Nк во ы l При исследовании качки установлено, что ее физическая сущность проявляется как случайный стационарный процесс, при этом наиболее сильное воздействие на точность показаний ГК оказывает установившаяся (регулярная) бортовая качка. Поэтому рассмотрим только влияние бортовой качки на чувствительный элемент гирокомпаса с пониженным центром тяжести и будем считать, что качка совершается по гармоническому закону. Гирокомпас установлен на расстоянии l от центра качаний судна G′ до центра подвеса чувствительного элемента О (рис. 2.26). Перемещение (угловое) судна на регулярной качке происходит по гармоническому закону: θ = θо sin ωк t, где θо, ωк – соответственно амплитуда и круговая частота качки. Период качки τк = 2π/ωк для суθ дов транспортного флота обычно лежит в пределах 3 – 15 сек. O Ускорение jк имеет вертикальjкг ную и горизонтальную составляюjк щие. Для малых углов крена видно, jкв что вертикальная составляющая представляет собой незначительную величину. Основное влияние оказывает горизонтальная составляющая: G' jкг = jк cos θ ≈ jк, считая, что (cos θ ≈ 1). Каким бы курсом КК не шло судно, главная ось ЧЭ всегда находится в Рис.2.26. Бортовая качка Eк jx Fy Fx jк Sк Fк Рис.2.27. Силы инерции, возникающие при качке: а) – первый полупериод качки; б) - второй полупериод качки 71
  • 72. плоскости компасного меридиана Nк (рис. 2.27). Вектор ускорения jк расположен в плоскости качаний, перпендикулярной фронту волны. Сила инерции Fк обусловлена ускорением jк и противоположно направлена. Вектор jк и его составляющие jx и jy по осям гиросферы, как и соответствующие составляющие силы инерции Fк (Fх и Fу), приложены к центру тяжести ЧЭ, и в каждый полупериод качки меняют свое направление на противоположное относительно его осей X-X и Y-Y. Рассмотрим действие сил инерции на одногироскопный ЧЭ гирокомпаса (рис. 2.28). z χ z а) zг zг б) χ yг yг O Wк Lz Fx Fy Eк LE Lw Wк Eк O Ly Ly yг yг Lz Fx G zг P G n Fy zг n P Рис.2.28. Действие сил инерции на гирокомпас при качке: а) – первый полупериод качки; б) – второй полупериод качки В данном случае ЧЭ на качке ведет себя относительно оси Х-Х как короткопериодный физический маятник. Угол χ меняется достаточно быстро и в больших пределах, достигая своего максимального значения в каждом из полупериодов качки, как показано на рисунке. То есть, пониженный центр тяжести G гиросферы непрерывно испытывает изменение своего положения относительно отвесной линии z-n. В первом полупериоде качки, рассматривая рисунки 2.27,а и 2.28, а совместно, видно, что сила Fу, действующая вдоль параллели к Wк, создает момент относительно оси Хг-Хг чувствительного элемента, вызывая его раскачивание вокруг указанной оси (ось Хг-Хг на рисунке не видна – она перпендикулярна его плоскости). Так как этот момент располагается на главной оси и совпадает с кинетическим моментом Н, то прецессионного движения не возникает. 72
  • 73. Синхронно с силой Fу действует сила Fх по направлению Nк. Эта сила стремится повернуть ЧЭ вокруг наклонной оси Yг-Yг (вектор Fх расположен за плоскостью рис. 2.28,а и перпендикулярен ей), создавая момент Ly, что и вызывает прецессионное движение ЧЭ в течение данного полупериода качки в направлении к Е. Во втором полупериоде качки, приведенные выше явления повторяются с той лишь разницей, что силы инерции и создаваемые ими моменты меняют свое направление на прямо противоположное. Так, сила Fу, направленная теперь к Ек, создает момент относительно главной оси, но прецессионного движения при этом не возникает; сила Fx действует вокруг оси Yг-Yг (вектор Fx расположен перед плоскостью рис. 2.28, а и перпендикулярен ей) и создает момент Ly – возникает прецессионное движение ЧЭ к W. Разложим момент Ly на горизонтальную LE (LW) и вертикальную Lz составляющие. Видно, что горизонтальные составляющие в течение каждого полупериода качки действуют в противоположном направлении. Причем они равны по величине. То есть за полный период качки среднее значение инерционного перемещения ЧЭ под действием момента LE (LW) равно нулю. Если учесть, что период качки (3 – 15 сек.) весьма мал по сравнению с периодом затухающих колебаний ГК, то можно сказать, что главная ось ГК не успевает практически уходить из меридиана под действием момента LE (LW). Составляющая Lz в течение обоих полупериодов качки имеет одинаковые направления. Среднее значение момента Lz за период качки не равно нулю (рис. 2.29,а). Следовательно, момент Lz будет создавать инерционную прецессию ЧЭ в одном направлении. z Lz zг а) б) t yг L z ср Wк τк O xг Sк Рис. 2.29. Возникновение погрешности при качке: Рис. – изменение момента L а) 2.29. Возникновение погрешности при качке: z; а) - изменение момента L z ; б) – прецессионное движение главной оси ЧЭ прецессионное движение б) главной оси ЧЭ 73 Нг δк xг Lz Eк Ly G zг Nк n P yг
  • 74. Рассмотрим дальнейшее поведение ЧЭ. Вектор момента Lz находится на отвесной линии, а вектор кинетического момента Н на главной оси. Согласно свойству прецессионного движения вектор Н будет стремиться к вектору Lz, т.е. прецессия совершается вокруг линии W – E при этом северный конец оси ЧЭ пойдет вниз, как это показано на рис. 2.29,б. Пониженный центр тяжести G выйдет из прежнего положения относительно отвесной линии z-n. Сила тяжести Р, действуя вокруг оси Y-Y, создаст момент Ly, под действием которого главная ось (вектор Н) получит инерционное перемещение в азимуте, в данном случае к Е – появляется погрешность δк, вызванная бортовой качкой. Следует заметить, что постоянно действующий момент Lz при качке может быть направлен как вниз, исходя из приведенного рисунка 2.27, так и вверх – это зависит от курса судна. Тогда, северный конец главной оси ЧЭ будет приподнят над горизонтом, вектор Ly получит западное направление и, как следствие, главная ось сместится в азимуте на величину δк к W. Напомним, что рассмотренный процесс возникновения погрешности δк основан на одногироскопной модели гирокомпаса. Таким образом, появление девиации одногироскопного ГК на качке выглядит как последовательность взаимосвязанных событий: 1. ЧЭ гирокомпаса не стабилизирован вплоскости E-W (ось Y-Y); 2. ЧЭ раскачивается вокруг оси Х-Х подобно маятнику силой Fy; 3. возникает постоянно действующий вертикальный момент Lz, который и является причиной возникновения погрешности; 4. под действием Lz главная ось ГК получает наклон в вертикальной плоскости; 5. сила Р создает момент Lу; 6. в результате, ось получает азимутальное инерционное перемещение, т.е. возникает девиация δк. Выполненные в свое время теоретические и экспериментальные исследования показали, что девиация одногироскопного ГК на качке выражается формулой: 2 4 B θ o ω к l 2 sin2KK , δк = − ~ 4 g 2 НГ ω cosϕ где (2.23) θо – амплитудное значение угла крена судна при качке. 74
  • 75. Из формулы следуют основные характерные особенности девиации δк. 1. Девиация имеет четвертной характер зависимости от курса судна КК. На курсах 0о, 90о, 180о и 270о δк = 0, т.к. sin2KK = 0. На курсах 45о, 135о, 225о и 315о δк = max, т.к. sin2KK = ±1. По этой причине девиацию гирокомпаса на качке чаще называют интеркардинальной девиацией. Четвертному характеру погрешности качки можно дать простое объяснение: - если бортовая качка имеет место на курсах 0о и 180о, то составляющая Fx=0, значит Lу = 0, Lz =0 и погрешность не возникает; - если КК = 90о или 270о, то Fy = 0 и прибор не раскачивается вокруг оси Х-Х , поэтому ось Y-Y остается все время горизонтальной, следовательно Lz = 0 и погрешность также не возникает; - на четвертных курсах Fx и Fy ≠ 0, Lz ≠ 0 – возникает девиация δк. 2. Девиация δк пропорциональна θ2, ω4, l2 и увеличивается с увеличением широты плавания φ. Расчеты и эксперименты показали, что значения интеркардинальной девиации ГК с одногироскопным ЧЭ, обладающим положительным маятниковым эффектом, очень велики и достигают в реальных условиях 20, 30о и даже более. По этой причине такие гирокомпасы не получили распространения. Снижение влияния качки на точность показаний ГК рассмотрим ниже. 2.6.2. Снижение девиации на качке Из предшествующего материала установлено, что погрешность качки вызывается вертикальной составляющей момента Lz, вводимого силой инерции Fx. Составляющая Lz появляется вследствие раскачивания ЧЭ вокруг его главной оси силой Fy. Следовательно, для предупреждения δк необходимо стабилизировать ось Y-Y прибора так, чтобы она все время оставалась горизонтальной. Именно на этом и основан метод предупреждения возникновения погрешности δк у ГК с ЧЭ, имеющим пониженный центр тяжести. Для этого чувствительный элемент состоит не из одного гироскопа, а из двух совершенно одинаковых гироскопов, имеющих между собой кинематическую связь. Роторы гироскопов подби75
  • 76. раются, насколько это возможно, одинаковыми и располагаются так, что векторы их кинетических моментов Н1 и Н2 образуют с главной осью гиросферы Х-Х одинаковые углы, в среднем положении равные 45о, а между собой – 90о (рис. 2.30,а – вид гиросферы сверху). x N 45 о x а) H1 H2 Hy 1 H2 б) 2H x Hx y N 2 Hx y y Hx Hx Hy H1 Hy 90 o y 3 Hy 4 x S xS Рис.2.30. Гиросфера и ее кинетический момент Гирокамеры, в которых заключены гироскопы, связаны между собой механизмом, устроенным следующим образом. К гирокамерам 1 жестко прикреплены кронштейны 2, обращенные в противоположные стороны. Кронштейны соединены шарнирной тягой 3, цапфы которой входят в подшипники кронштейнов. Шарнирная тяга, в свою очередь, связана с корпусом гиросферы при помощи двух пружин 4, эти пружины устанавливают гироскопы так, что их главные оси образуют между собой угол 90о. Относительно гиросферы гироскопы могут поворачиваться одновременно только вокруг их вертикальных осей в противоположные стороны и на одинаковые углы, при этом пружины 4 будут растягиваться. Поворот же гироскопов в одинаковом направлении ограничен жесткостью шарнирной тяги 3. Для уяснения принципа предупреждения возникновения погрешности качки расположим гироскопы несколько иначе (рис. 2.30, б). Если разложить вектора Н1 и Н2 на составляющие по осям гиросферы, то видно, что составляющие Ну направлены в противополож76
  • 77. ные стороны и компенсируют друг друга. Составляющие Нх одинаковы по величине и направлению, поэтому кинетический момент гиросферы Нг = 2Нх. То есть, двухгироскопный ЧЭ можно рассматривать как одногироскопный с Нг = 2Нх. На этом основании линию, определяемую вектором 2Нх, и называют главной осью гиросферы. Если гиросфера находится в положении равновесия, то ее главная ось Х – Х совпадает с гирокомпасным меридианом. x x N а) N б) Lx H1 H2 H1 H2 y y y y Lx x S x S Рис. 2.31. Прецессионное движение гироскопов внутри гиросферы Сила Fy (см. рис. 2.28), возникающая при качке судна, стремится повернуть гиросферу вокруг оси Х-Х, причем направление этой силы меняется через каждые полпериода качки. Момент Lx, создаваемый силой Fy, располагается на главной оси Х-Х и также меняет свое направление каждые полпериода (рис. 2.31,а и рис. 2.31,б соответственно). Согласно свойству прецессии гироскопы начнут поворачиваться вокруг вертикальных осей – Н1 и Н2 стремятся к Lx по кратчайшему пути (на рисунке показано стрелками), что приведет к растягиванию пружин антипараллелограммного механизма. Противодействующая сила пружин создаст моменты, направленные по вертикальным осям гироскопов. В первый полупериод качки (рис. 2.31,а) момент, передаваемый правому гироскопу, будет направлен вверх, а левому – вниз. Во втором полупериоде качки (рис. 2.31,б) направление моментов изменится на противоположное. Моменты пружин уравновешиваются гироскопическими моментами гироскопов. Благодаря этому гиросфера приобретает значи77
  • 78. тельную динамическую инерцию в плоскости E – W, в чем и проявляется стабилизирующее действие гироскопов. Таким образом, вместо того, чтобы разворачивать гиросферу вокруг главной оси N-S, сила инерции Fy будет вызывать прецессионное движение гироскопов вокруг их вертикальных осей то в одну, то в другую сторону. Итак, ось Y-Y двухгироскопного ЧЭ при качке судна остается горизонтальной, а это значит, что составляющая Lz отсутствует и погрешность качки не возникает. Ось Y-Y горизонтальна в идеальном случае. Возникающие моменты сил упругости пружин вызывают периодический крен оси Y-Y с периодом Т′к, составляющим ≈15 мин. В результате показания гирокомпаса при качке искажены некоторой погрешностью δ′ = − δ к к 2 τк Т′ 2 к , где δк – погрешность качки одногироскопного компаса; τк – период качки; Т′к – период колебаний ЧЭ вокруг оси Х-Х ( колебания оси Y-Y). 2 2 – коэффициент снижения погрешности Отношение τк / Т 'к качки и составляет примерно 1/1000. В реальных условиях этот коэффициент значительно больше и связано это, прежде всего, со следующим: наличие масляного успокоителя – все таки, создается вертикальный момент из-за смещения центра масс жидкости; конструктивные характеристики – недостаточная жесткость, нелинейность упругости элементов, люфты и т. д. В результате суммарная δк у ГК типа «Курс-4» при значительной качке составляет 1,0 – 1,5о. Существование δк следует рассматривать как один из неблагоприятных факторов, общее действие которых может быть обнаружено только путем обсерваций, обеспечивающих необходимую точность судовождения. 78
  • 79. 3. ГИРОКОМПАСЫ С КОРРЕКТИРУЕМЫМ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ 3.1. Способ реализации и анализ работы 3.1.1. Принцип действия Гирокомпасы по виду управления движением чувствительного элемента принято делить на два больших класса: гирокомпасы с непосредственным управлением и гирокомпасы с косвенным управлением. Типичным представителем первого класса является уже изученный гирокомпас типа «Курс». Теперь дадим определение гирокомпасам второго класса. Гирокомпасом с косвенным управлением называется такой компас, чувствительный элемент которого представляет собой астатический гироскоп, управление движением которого осуществляется с помощью датчиков моментов по сигналам индикатора горизонта, вырабатывающего сигнал, пропорциональный углу отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонта. Кроме того, гирокомпасы с косвенным управлением, как правило, являются корректируемыми т.е. такими, у которых положение равновесия главной оси чувствительного элемента в азимуте и по высоте можно целенаправленно изменять (как правило, добиваясь нулевых значений погрешностей при установившемся движении судна) с помощью датчиков моментов по выходным данным от вычислительных устройств, вырабатывающих корректирующие сигналы на основе внешней информации о скорости судна, его курсе и географической широте. Типичным представителем корректируемых гирокомпасов с косвенным управлением является гироазимуткомпас (ГАК) «Вега», имеющий два режима работы. В первом режиме прибор работает в качестве корректируемого ГК с косвенным управлением, главная ось которого при движении судна с постоянной скоростью и неизменным курсом располагается вдоль полуденной линии NS и указывает плоскость истинного меридиана. Во втором режиме прибор работает в качестве гироазимута. В этом случае главная ось прибора будет с определенной точностью в течение некоторого интервала времени сохранять то азимутальное направление, которое указывал гироскоп при переключении его с режима гирокомпаса на режим гироазимута. 79
  • 80. Рассмотрим функциональную схему гироазимуткомпаса (рис. 3.1) в ее упрощенном виде. Основной частью ГАК является гироблок, к которому относятся: гиросфера, подвес, следящая система. Чувствительным элементом является гиросфера ГС, внутри которой размещен астатический гироскоп (центр тяжести совпадает с точкой подвеса). Ось Х-Х является главной и вдоль нее направлен вектор кинетического момента Н. Гиросфера размещена внутри следящей сферы, выступающей также и в роли корпуса гироблока. след. сфера z y α β Uβ ГА U С1 Ly U К1 Ус.Г ГК x ГС N x торсионы ϕ ИГ H Д гм ДУ ВУ y КК VC Lz U С2 СД z Д вм Ус.А U К2 Uα КК к репитерам Рис. 3.1. Функциональная схема гироазимуткомпаса Пространство между следящей сферой и ЧЭ заполнено поддерживающей жидкостью. При рабочей температуре (75оС) плотность поддерживающей жидкости такова, что обеспечивается нейтральная плавучесть ЧЭ. Относительно следящей сферы гиросфера центрируется с помощью двух пар торсионов – тонких стальных нитей – и промежуточного кольца (см. рис.1.3). Следящая сфера (т.е. есть весь гироблок) подвешена с помощью системы кардановых колец – установочного, внутреннего и внешнего (на рисунке не показаны) – таким образом, 80
  • 81. что он приобретает положительный маятниковый эффект, т.е. становится физическим маятником. Гироблок имеет три степени свободы. На установочном кардановом кольце вдоль оси Y-Y гироблока размещен индикатор горизонта. Для измерения углов рассогласования гиросферы со следящей сферой по двум углам – горизонтальному α и вертикальному β – имеется двухкоординатный датчик углов ДУ. Датчик состоит из статора, расположенного на корпусе гиросферы, и ротора, расположенного на следящей сфере. Положение гироскопа относительно горизонтной системы координат (ONEn) будет определяться углами α и β, а положение следящей сферы – углами αс и βс Тогда, измеряемые датчиком ДУ углы рассогласования следящей сферы и гиросферы по азимуту будут составлять α – αс, а по высоте – β – βс. Чтобы гиросфера была свободна от внешних моментов, необходимо торсионы постоянно удерживать в раскрученном состоянии. Для этой цели в гироазимуткомпасе имеются две следящие системы стабилизации: – азимутальная, включающая ДУ (по углу α), усилитель Ус.А и двигатель азимутальной стабилизации Двм; – горизонтная, включающая ДУ (по углу β), усилитель Ус.Г и двигатель горизонтной стабилизации Дгм; С ДУ снимаются электрические сигналы Uα = kду (α – αс) и Uβ = kду (β – βс), где kду – коэффициент передачи датчика угла. Эти сигналы через соответствующие усилители подаются на двигатели стабилизации, которые работают до тех пор, пока поступающие на них сигналы не станут равными нулю. Как видно из приведенных формул, это произойдет тогда, когда следящая сфера согласуется с гиросферой, т.е. когда выполнятся равенства α = αс и β = βс. Таким образом, любой поворот судна либо его рыскание на волнении, как вокруг вертикальной оси так и горизонтальной оси, перпендикулярной вектору кинетического момента Н гироскопа, будут тот час же отрабатываться стабилизирующими двигателями. Следящая сфера будет сохранять согласованное положение с гиросферой, в котором торсионы остаются незакрученными. 81
  • 82. В этом режиме работы следящей системы ЧЭ обладает свойством свободного гироскопа, т.е. гиросфера будет сохранять неизменным свое направление в инерциальном пространстве. Чтобы превратить полученный свободный гироскоп в чувствительный элемент гирокомпаса необходимо на гиросферу наложить управляющие моменты вокруг осей Y-Y и Z-Z, которые формируются по сигналу, вырабатываемому индикатором горизонта ИГ. Для этого применяются два канала управления: – горизонтальный – создает момент относительно оси Y-Y и тем самым вызывает прецессию ЧЭ по азимуту – включает в себя индикатор горизонта ИГ, усилитель Ус.Г, двигатель горизонтальной стабилизации Дгм и горизонтальные торсионы; – вертикальный (горизонтный)– создает момент относительно оси Z-Z и тем самым вызывает прецессию ЧЭ по высоте, т.е. относительно плоскости истинного горизонта – включает в себя индикатор горизонта ИГ, усилитель Ус.А, двигатель вертикальной стабилизации Двм и вертикальные торсионы. Обратим внимание на то, что те же самые стабилизирующие двигатели следящей системы здесь выполняют функцию двигателей или датчиков создания горизонтального и вертикального управляющих моментов. Индикатор горизонта представляет собой плоский физический маятник, укрепленный на следящей сфере по ее оси Y-Y. Его ось чувствительности параллельна главной оси гироскопа, поэтому он реагирует как на изменение угла βс наклона следящей сферы, так и на линейное ускорение VN вследствие маневрирования судна. Для уяснения работы канала управления считаем, что судно неподвижно и главная ось гироскопа первоначально находится в меридиане и параллельна плоскости истинного горизонта. Но, уже в следующий момент времени, из-за вращения Земли, северный конец оси ГС окажется в восточной половине горизонта (появляется угол α), а она, как известно, непрерывно опускается – наблюдается видимый подъем оси над горизонтом – появляется угол β. Поэтому функция системы управления состоит в непрерывном приведении главной оси ГС в плоскость истинного меридиана параллельно плоскости истинного горизонта. Исходя из этого, сигнал от индикатора горизонта необходимо подавать на оба канала управления. Как уже отмечалось, сигнал на выходе ИГ пропорционален углу βс: 82
  • 83. Uc = kиг βc, где kиг – коэффициент передачи ИГ. В режиме гирокомпаса (на рис. 3.1 переключатель находится в положении ГК) сигнал поступает в оба канала управления. Уровни сигналов (напряжений) различны и определяются соответствующими масштабирующими элементами: Uc1 = kиг m1 βc; Uc2 = kиг m1 m2 βc, где m1, m2 – коэффициенты передачи масштабирующих элементов. Эти сигналы вычитаются соответственно из сигналов Uα и Uβ и полученные разности через усилители поступают на двигатели. Поэтому двигатели горизонтальной и азимутальной стабилизации работают до тех пор, пока не будут выполнены условия: Δ1 = Uβ – Uc1 = 0; Δ2 = Uα – Uc2 = 0. (3.1) В результате работы двигателей следящая сфера будет развернута относительно гиросферы на углы соответствующие (α – αс) и (β – βс), что приведет к закрутке горизонтальных и вертикальных торсионов, создающих соответственно моменты: Lу = Cг (β – βс); Lz = Cв (α – αс), где Cг и Cв – коэффициенты крутильной жесткости торсионов. При раскрытии формул (3.1) видно, что разности углов (α – αс) и (β – βс) пропорциональны углу подъема главной оси гироскопа β над плоскостью истинного горизонта, следовательно, к гиросфере будут приложены моменты: вокруг горизонтальной оси Ly = Cг nигβ = Ayβ; вокруг вертикальной оси Lz = Cв nиг m2 β = Azβ, где nиг – приведенный коэффициент передачи индикатора горизонта; Ay = Cг nиг и Az = Cв nиг m2 – модули горизонтального и вертикального моментов соответственно. 83
  • 84. При действии на свободный гироскоп двух моментов, значения которых пропорциональны углу β, его главная ось непрерывно будет прецессировать к истинному меридиану, стремясь занять горизонтальное положение, т.е. гироскоп превращается в чувствительный элемент гирокомпаса. Если провести аналогию с гирокомпасом с непосредственным управлением (типа «Курс»), то можно считать, что момент Ly аналогичен маятниковому моменту классического гирокомпаса и служит для образования незатухающих колебаний, а Ay аналогичен В – модулю маятникового момента. Соответственно, Lz обеспечивает образование затухающих колебаний, а Az является модулем демпфирующего момента. Итак, подчеркнем, что при движении судна и любом изменении его курса двухканальная следящая система непрерывно обеспечивает согласование следящей сферы с чувствительным элементом, а двухканальная система управления, непрерывно оказывает на него управляющее воздействие, выполняя функцию превращения свободного гироскопа в курсоуказатель. Информация о текущем значении компасного курса КК поступает к внешним потребителям от сельсина-датчика СД, который механически связан с двигателем канала азимутальной стабилизации Двм. Для коррекции погрешностей гирокомпаса при стационарном движении судна в блоке коррекции (в его вычислительном устройстве ВУ) формируются корректирующие сигналы Uк1 и Uк2, которые подаются в соответствующие каналы управления, где суммируются с управляющими сигналами Δ1 и Δ2. Наличие этих сигналов приводит в конечном счете к дополнительному закручиванию вертикальных и горизонтальных торсионов, т.е. к созданию дополнительных компенсирующих моментов Lyк и Lzк. На вход ВУ подается внешняя информация о компасном курсе КК, скорости судна Vc и широте плавания φ. На основе данных о КК, Vc и φ вырабатывается напряжение Uк1, что соответствует создаваемому корректирующему моменту Lyк, позволяющему компенсировать так называемую широтную погрешность δφ, возникающую у гирокомпасов данного типа. При использовании тех же входных данных ВУ вырабатывается напряжение Uк2, что соответствует создаваемому корректирующему моменту Lzк, позволяющему компенсировать в показаниях гироком84
  • 85. паса скоростную погрешность δv, неизбежно возникающую при стационарном движении судна. В результате коррекции главная ось ЧЭ в равновесном положении будет находиться в плоскости истинного меридиана и в плоскости горизонта. В режиме гироазимута (в этом случае переключатель ГА/ГК должен быть разомкнут) сигнал с индикатора горизонта поступает только на вертикальный (горизонтный) канал косвенного управления, благодаря которому главная ось гиросферы удерживается в плоскости горизонта. Горизонтальный же канал отключен (управление от ИГ в азимуте отсутствует). Однако, при этом сохраняется действие корректирующего сигнала Uк1 – создаваемый момент Lyк обеспечивает следование главной оси ЧЭ за меридианом наблюдателя (с определенной точностью). Этот режим используется при маневрировании судна, особенно в высоких широтах и на больших скоростях, для уменьшения погрешностей, вызываемых действием сил инерции на индикатор горизонта. Таким образом, рассмотрев функциональную схему ГАК «Вега», видно, что данный гироазимуткомпас состоит из трех основных систем: стабилизации, управления и коррекции. 3.1.2. Уравнения движения чувствительного элемента Математическая модель гироазимуткомпаса содержит пять уравнений, которые описывают работу чувствительного элемента, индикатора горизонта и каналов управления (азимутального и высотного). Для неподвижного судна и при отключенном корректирующем устройстве эти уравнения имеют вид: ~ Hα − Hω sinϕ + C Г (β − β с ) = 0 ; а) уравнения ЧЭ ~ Hβ − Hω cosϕ α + C В (α − α с ) = 0 ; б) уравнение ИГ Uc = kигβс; в) уравнения каналов управления: азимутального kду (α – αс) – Uc m1 m2 = 0; вертикального (горизонтного) kду (β – βс) – Uc m1 = 0, 85
  • 86. где Сг и Св – крутящие моменты горизонтальных и вертикальных торсионов соответственно; αс и βс – углы рассогласования следящей сферы и гиросферы по азимуту и высоте соответственно; Uс – сигнал управления от индикатора горизонта; kиг – коэффициент передачи индикатора горизонта; kду – коэффициент передачи датчика угла; m1 и m2 – коэффициенты передачи масштабирующих элементов каналов управления. Уравнения чувствительного элемента получены с использованием графоаналитического метода проф. Б.И. Кудревича, упоминавшегося в п. 2.2.2. В этих уравнениях выражение Cг(β – βс) определяет наличие управляющего момента Ly вокруг горизонтальной оси ЧЭ, а Cв(α – αс) – наличие управляющего момента Lz вокруг вертикальной оси. Выполнив математические преобразования, получим следующую систему дифференциальных уравнений, описывающих движение главной оси ЧЭ без корректирующих моментов для гирокомпаса, установленного на неподвижном основании: ~ H α + A y β = H ω sinϕ ; ⎫ ⎪ ~ cos ϕ α = 0 ,⎬ Hα + Az β − H ω ⎪ ⎭ (3.2) где Ay и Az – модули горизонтального и вертикального моментов соответственно и выражаются через соответствующие коэффициенты передачи данных каналов управления. Напомним, что Ay выполняет функцию маятникового момента и служит для образования незатухающих колебаний ЧЭ, а Az – демпфирующего момента и обеспечивает образование затухающих колебаний. 3.1.3. Анализ уравнений движения чувствительного элемента Положение динамического равновесия главной оси ЧЭ. Используем систему уравнений (3.2). В равновесном положении ось ЧЭ неподвижна, поэтому α = β = 0 . Частное решение уравнений ищем в виде α = αr = сonst и β = βr = сonst, тогда имеем: 86
  • 87. ~ A y β r = H ω sinϕ ; ⎫ ⎪ ~ cos ϕ α = 0 ,⎬ Az βr − H ω ⎪ r ⎭ (3.3) Из первого уравнения находим: βr = ~ H ω sinϕ . Ay Подставляя найденное значение βr во второе уравнение, получим: αr = Az tg ϕ . Ay Поясним в начале физический смысл угла βr, помня о том, что в приборе используется свободный и уравновешенный гироскоп. Если в первоначальный момент времени главная ось ЧЭ находится в плоскости истинного меридиана и параллельна плоскости истинного горизонта, то уже в следующий момент, из-за вращения Земли, северный конец оси ЧЭ видимым для наблюдателя образом окажется в восточной половине горизонта, которая непрерывно опускается. Вследствие этого видимый подъем северного конца оси ЧЭ на угол βr вызовет появление сигнала рассогласования положения ЧЭ и следящей сферы. Следящая система отработает этот сигнал, поворачивая следящую сферу вслед за гиросферой (см. рис. 3.1). Поскольку индикатор горизонта жестко связан со следящей сферой, то на его выходе появится сигнал, пропорциональный углу βr. Отрабатывая этот сигнал, двигатель горизонтальной стабилизации осуществляет закрутку горизонтальных торсионов на угол: βr – βсr = nиг βr, где βсr – положение следящей сферы по высоте при динамическом равновесии; nиг – приведенный коэффициент передачи индикатора горизонта. В результате появляется момент торсионов, действующий по оси Y-Y, Ly = Cг nиг βr, 87
  • 88. вызывая прецессию с угловой скоростью: ω pr = Ly C n β ~ = г иг r = ω sinϕ = ω 2 . H H Таким образом, угловая скорость прецессионного движения главной оси ЧЭ будет равна угловой скорости меридиана наблюдателя, следовательно, относительная скорость равна нулю. Этот процесс “погони” главной оси за меридианом наблюдателя происходит непрерывно. Однако ось не установится точно в плоскости истинного меридиана, как это было у гирокомпаса с автономным чувствительным элементом, а будет сдвинута по азимуту на угол αr, что видно из решения уравнения (3.3). У гирокомпаса с непосредственным управлением для образования затухающих колебаний использовался метод горизонтального момента (дополнительный момент по оси Y-Y, создаваемый масляным успокоителем), здесь же используется метод вертикального момента (Lz), что приводит к появлению погрешности, называемой девиацией затухания либо широтной погрешностью δφ = α r = Az tg ϕ . Ay Угол βr имеет небольшую величину – единицы дуговых минут – и уменьшается с уменьшением широты. Широтная погрешность δφ зависит от конструктивных параметров гирокомпаса – отношения Az/Ay – и от широты места. Для уменьшения δφ отношение Az/Ay стремятся сделать по возможности малым (0,03 – 0,05). В высоких широтах плавания δφ, имея тангенциальную зависимость, может достигать значительной величины. Для ее исключения используется корректирующее устройство. Закон движения главной оси ЧЭ в азимуте. Работа ГАК с косвенным управлением (без коррекции), установленного на неподвижном основании, описывается дифференциальными уравнениями (3.2). Общее решение системы уравнений (3.2), определяющее движение главной оси гиросферы в азимуте, выглядит следующим образом: α = A e -ht sin (ω d t + ψ) , где А – произвольная постоянная интегрирования; h – коэффициент затухания; ωd – частота затухающих колебаний; ψ – начальная фаза. 88
  • 89. a) б) A 1e − ht A1 A 1sinψ e sin( ω d t + ψ ) − ht M αr t 0 W βr α E αr Td M −α Рис. 3.2. Движение главной оси в азимуте: а) закон движения главной оси ЧЭ в азимуте; б) годограф затухающих колебаний ЧЭ Данное равенство состоит из периодического члена, стремящегося с увеличением времени к нулю (на рис. 3.2,а показана графическая интерпретация этого выражения). Колебания оси ЧЭ являются затухающими. Затухание происходит по экспотенциальному закону. Коэффициент затухания h определяется формулой h = Az/2H, из которой следует, что именно вертикальный момент является причиной образования затухающих колебаний, годограф которых показан на рис. 3.2,б. В установившемся положении ось будет иметь координаты αr, βr. При Az = 0 имеем h = 0 и е-ht=1, т.е. получим незатухающие колебания. Период затухающих колебаний Тd = 2π/ωd. Для ГАК «Вега» Тd = 130 – 150 мин. в средних широтах, а фактор затухания f = 4. Работа ГАК в корректируемом режиме. Как уже выше отмечалось при рассмотрении функциональной схемы работы ГАК, в корректирующем устройстве формируются корректирующие сигналы в виде напряжений Uк1 и Uк2, которые подаются в соответствующие каналы управления для получения корректирующих моментов: Lyк = kкy Uк1 и Lzк= kкz Uк2, где kкy и kкz – коэффициенты преобразования, представляющие собой удельные вращающие моменты. С учетом этого для корректируемого ГАК, установленного на неподвижном основании, система уравнений (3.3), определяющая положение динамического равновесия главной оси ЧЭ, запишется в виде 89
  • 90. ~ A y β r + k кy U к1 = H ω sinϕ ; ~ A β + k U = H ω cosϕ α z r кz к2 r ⎫ ⎪ .⎬ ⎪ ⎭ В этих уравнениях имеется четыре неизвестных: αr, βr, Uк1, Uк2. Найдем такие Uк1 и Uк2, при которых αr, и βr равны нулю. Из первого уравнения: U к1 = H ~ ωsinϕ . k кy (3.4) Из второго уравнения находим Uк2 = 0. Таким образом, для того чтобы девиация затухания отсутствовала (αr = 0) и главная ось находилась в горизонтальном положении, необходимо и достаточно сформировать корректирующий сигнал Uк1 по выражению (3.4) только для горизонтального канала управления. 3.2. Девиации гирокомпаса и способы их уменьшения 3.2.1. Скоростная девиация При обсуждении вопроса о причинах возникновения скоростной погрешности маятниковых гирокомпасов (см. п. 2.4.1) было указано, что она свойственна всем типам гирокомпасов. Было определено, что от меридиональной составляющей скорости движения судна VN возникает вектор угловой скорости: V ω N = ~N , R направленный по линии E-W. От составляющей скорости VE (движение судна вдоль параллели в общем случае по дуге малого круга ра~ диусом r = R cosφ ) возникает вектор угловой скорости: V ωE = ~ E , R cosϕ который совпадает по направлению с вектором угловой скорости ~ вращения Земли ω . 90
  • 91. Проецируя вектор ω E на полуденную линию N-S и на отвесную линию z-n, получаем две дополнительные угловые скорости соответственно: V ωE 2 = ωEsinϕ = ~E tgϕ . R V ωE1 = ωE cosϕ = ~E ; R Напомним также, что соответственно по линиям N-S и z-n, расположены горизонтальная и вертикальная составляющие вектора уг~ ~ ловой скорости вращения Земли ω cos ϕ и ωsin ϕ . Тогда, с учетом вышеизложенного, систему дифференциальных уравнений (3.2), описывающих движение главной оси ЧЭ гирокомпаса с косвенным управлением без корректирующих моментов, теперь уже при стационарном движении судна, можно представить в виде: V ⎛~ Hα + A yβ = H⎜ ωsinϕ + ~E tgϕ R ⎝ V ⎞ ⎛~ Hβ + A zβ − H⎜ ωcosϕ + ~E ⎟α = R⎠ ⎝ ⎫ ⎞ ⎟; ⎪ ⎠ ⎪ ⎬ VN ⎪ H ~ . R ⎪ ⎭ (3.5) Частное решение системы уравнений (3.5), характеризующее положение динамического равновесия ищем в виде αr и βr, полагая, что α = β = 0 . Из первого уравнения системы находим V ⎛~ ⎞ H⎜ ωsinϕ + ~E tgϕ ⎟ R ⎠. βr = ⎝ Ay Подставив значение βr во второе уравнение, получим αr = VN Az tgϕ − ~ ~ = δd + δ v . Ay R ωcosϕ + VE Следовательно, при движении судна гирокомпас с косвенным управлением будет иметь как девиацию затухания δd, так и скоростную девиацию δv, такую же, как и у маятникового гирокомпаса. Иными словами, в азимуте главная ось будет отклонена от плоскости истинного меридиана на величину алгебраической суммы девиаций δd и δv. 91
  • 92. С помощью корректирующего устройства эти девиации компенсируются (см. рис. 3.1). Вырабатываемое в ВУ напряжение Uк1, пропорциональное δd, подается в горизонтальный канал управления – создается компенсирующий момент Lку; напряжение Uк2, пропорциональное δv, подается в вертикальный канал управления – создается компенсирующий момент Lуz. 3.2.2. Влияние ускорений при маневрировании В рассматриваемом нами гироазимуткомпасе применяется астатический гироскоп – гироскоп, имеющий три степени свободы и центр тяжести его совпадает с точкой подвеса. Превращение такого гироскопа в курсоуказатель, т.е. обеспечение “связи” с Землей, осуществляется с помощью отдельного чувствительного элемента – индикатора горизонта (ИГ). U ротор c статор а) б) в) герметичная камера вязкая жидкость упоры x x FS m & VN VN & VN γ γ -x -x S x O VN N S O β N x Рис. 3.3. Индикатор горизонта и движения его маятника: а) модель индикатора горизонта; б) положение маятника ИГ в начале маневра; в) положение маятника ИГ в конце маневра. Индикатор горизонта представляет собой плоский физический маятник, размещенный в герметичной камере, заполненной вязкой жидкостью (модель ИГ изображена на рис. 3.3,а). Маятник выполнен в виде стержня, имеющего на одном конце массу m. Второй конец стержня закреплен к ротору датчику угла, а статор датчика закреплен к камере так, что маятник может перемещаться только вдоль некоторой оси х-х, называемой осью чувствительности ИГ. Индикатор горизонта установлен на следящей сфере так, что его ось чувствительности направлена параллельно оси Х – Х собственного вращения гироскопа. Информация об углах отклонения маятника по от92
  • 93. ношению к корпусу камеры ИГ поступает в виде электрического сигнала Uc, снимаемого с роторной обмотки датчика угла. Этот сигнал уже нами рассматривался в каналах управления гироазимуткомпаса. Предположим, что судно, совершая маневр увеличения скорости, получило ускорение VN = const, направленное к северу (рис. 3.3,б). Под действием соответствующей силы инерции маятник ИГ отклонится от своего положения равновесия на угол γ. При этом отклонение произойдет в ту же сторону, как и при подъеме главной оси ЧЭ над плоскостью истинного горизонта. Быстрота реакции ИГ на внешнее возмущение (маятник ИГ погружен в очень вязкую жидкость) оценивается постоянной времени τиг – интервал времени между началом воздействия и его результатом. В гироазимуткомпасе «Вега» τиг = 60 сек. В данной ситуации для простоты рассуждений можно пренебречь запаздыванием τиг и допустимо использовать упрощенное уравнение для описания поведения маятника ИГ: γ = V N /g . В результате от ИГ будет получен сигнал Uc, соответствующий углу γ, и к ЧЭ вокруг оси Y-Y в направлении W будет приложен момент: L yу = −A y γ = − A y VN . g Под действием этого момента возникает прецессионное движение ЧЭ вокруг оси Z-Z с угловой скоростью: ω pz = − L yу H =− A y VN Hg . Проинтегрировав последнее выражение, находим, что за время маневра от t1 до t2 главная ось ЧЭ переместится на некоторый угол: Δα = − A y ΔVN Hg . (3.6) Можно убедится в полной тождественности выражения (3.6) с аналогичным выражением (2.17) для гирокомпаса с автономным ЧЭ. Однако речь идет о корректируемом гирокомпасе. Полагая, что коррекция осуществляется непрерывно, без запаздывания, на основе точной информации о широте, скорости и курсе судна, в любом случае положением равновесия главной оси ЧЭ в азимуте будет плоскость истинного меридиана. То есть показания гирокомпаса не отягощены скоростной по93
  • 94. грешностью, как это имело место у маятниковых ГК: на момент окончания маневра возникала инерционная девиация первого рода, определяемая разностью значений Δα и Δδv. Отсюда следует важный вывод о том, что инерционное перемещение Δα и есть инерционная девиация: δ j = Δα = − A y ΔVN Hg , (3.7) полностью характеризующая погрешность корректируемого гирокомпаса на момент окончания маневра. Кроме момента Lyу, сигнал с ИГ, соответствующий углу γ, вызовет еще появление момента Lyz = Azγ. Под действием этого момента возникает прецессионное движение по углу β, в результате чего главная ось за время маневра опустится на некоторый угол под плоскость истинного горизонта, причем это движение будет достаточно быстрым. После завершения маневра, когда ускорение ΔV исчезнет и маятник ИГ вернется в положение истинной вертикали, корпус ИГ (точно так же, как и главная ось ЧЭ) окажется наклоненным на угол β (рис. 3.3,в) и датчик угла ИГ будет вырабатывать сигнал, пропорциональный углу γ = β. Сигнал будет иметь знак, противоположный тому, который был при действии ускорения ΔV . Следовательно и знаки моментов Lyу и Lyz окажутся такими, что возникнет прецессионное движение в направлении, возвращающем главную ось ЧЭ в плоскости истинного меридиана и истинного горизонта. На рис. 3.4 отражены две стадии движения главной оси ЧЭ в азимуте: в процессе маневра (интервал времени t1 – t2) и после завершения маневра (t2 – ∞). В свою очередь процесс, представленный на рис. 3.4,а, отражает типичный колебательный переходный процесс, а на рис. 3.4,б – апериодический, который можно считать таковым в пределах значительного интервала времени (период колебаний очень велик). δj δj t 0 t1 t2 t 0 t1 t2 Рис. 3.4. Движение главной оси ЧЭ в азимуте: а) колебательный процесс;94 апериодический процесс б)
  • 95. Как в одном, так и в другом случаях, характер движения главной оси указывает на отсутствие инерционной девиации второго рода в том смысле, что ее характерный признак, состоящий в последействии, отсутствует. 3.2.3. Уменьшение влияния ускорений Снижение влияния маневрирования на корректируемый гирокомпас достигается следующими мерами. 1. Увеличение периода незатухающих колебаний чувствительного элемента. Обращаясь к формуле (3.7) видно, что практически, возможное уменьшение рассматриваемой погрешности может быть достигнуто только лишь уменьшением значения модуля горизонтального момента Ау. Анализируя поведение ЧЭ корректируемого гирокомпаса при стационарном движении судна, получаем выражение для периода незатухающих колебаний: T0 = 2π H V ~ A y (ω cosϕ + ~E ) R , из которого видно, что отношение Н/Ау определяет его значение. Сама же инерционная девиация δ j обратно пропорциональна этому отношению. Следовательно, увеличив Т0 путем увеличения Н и уменьшения Ау (насколько это оптимально возможно), можно добиться соответствующего снижения девиации δ j . Для примера, в гирокомпасе «Вега» отношение Ау/Н = 0,0171 с–1, что примерно в 2,5 раза меньше, чем аналогичное отношение в гирокомпасе «Курс-4», где В/Н = 0,0422 с–1. 2. Ограничение угла отклонения маятника ИГ путем установки в камере упоров. В камере ИГ (см. рис.3.3,а) по его оси чувствительности установлены два упора, ограничивающие углы отклонения маятника. Вспомнив процесс возникновения инерционной девиации, можно убедиться в том, что, ограничивая угол отклонения маятника, соответственно ограничивается величина налагаемых на ЧЭ управляющих моментов Lyy и Lyz. Это приведет к ограничению угловой скорости инерционной прецессии ЧЭ и в конечном итоге к ограничению инерционной девиации гирокомпаса. 95
  • 96. Однако упоры не должны искажать нормальный процесс затухающих колебаний гирокомпаса, они должны быть установлены с определенным зазором. В ИГ гирокомпаса «Вега» зазор таков, что маятник достигает упора при отклонении оси Х-Х чувствительного элемента на ±1о (±0,0174 рад.) от плоскости истинного горизонта. Такое отклонение наблюдается при ускорении (в процессе равноускоренного движения судна), которое можно определить из следующей простой зависимости γ = V /g = 0,0174. Отсюда находим, что –2 ΔV = 0,17 м·с . Это значит, что набор скорости, например 25 уз. ( ΔVN = 12,86 м·с–1), должен произойти за время t = 75 с. Подобная и более высокая маневренность присуща U c в настоящее время малым ограничение +U m ax c скоростным судам (особенно судам на воздушной подушке & VN и судам на подводных & ср 0 крыльях), и именно для таVVcp NN ких судов применение данного способа весьма эффек-U m ax c тивно. Таким образом, можно Рис.3.5. Ограничение говорить о некоторых средних линейной зоны ИГ значениях ускорений, которые судно испытывает при реальном маневрировании и при этом ИГ еще сохраняет линейную характеристику (т.е. маятник ИГ еще не достигает упоров). Данная ситуация отражена на рис. 3.5 и ИГ здесь работает со смешанной характеристикой или с характеристикой с ограничением. 3. Увеличение постоянной времени инUC а) б) τ иг = 0 дикатора горизонта. UC τ иг ≠ 0 U C1 Величина инерционной погрешности δ j сущеU C2 V ственно зависит от скоV& N V& VN VN N N1 рости нарастания сиг0 0 VN1 V& N1 V& VN1 V N1 N1 N1 нала Uc, снимаемого с Рис.3.6. Влияние значения постоянной индикатора горизонта. времени ИГ на его выходной сигнал Погрешность δ j будет N N 96
  • 97. тем больше, чем меньше демпфирование рабочего тела ИГ, т.е. чем меньше постоянная времени ИГ τиг. Если рабочее тело ИГ не помещено в вязкую жидкость, то τиг = 0. При τиг = 0 график изменения Uc в зависимости от V N имеет пропорционально-линейный характер (рис. 3.6). В реальной конструкции τиг ≠ 0, поэтому при одном и том же ускорении V N 1 Uc2 < Uc1, что приводит к уменьшению δ j . Для современных корректируемых гирокомпасов, в том числе и для ГАК «Вега», постоянная времени τиг составляет 60 сек., что является типичным для транспортных судов. 4.Перевод гирокомпаса в режим гироазимута (ГА). Так как основной причиной возникновения погрешности δ j является инерционное перемещение рабочего тела ИГ, то отключение его на время маневра может предупредить эту погрешность. В такой ситуации прибор начинает работать в режиме гироазимута, т.е. главная ось чувствительного элемента прибора продолжает сохранять свою ориентацию относительно плоскости истинного меридиана (при наличии сигналов Uк1 и Uк2 компенсации широтной и скоростной погрешностей корректирующим устройством). В этом случае, на период маневра, гирокомпас лишается направляющей силы (отключается горизонтальный канал управления, см. рис.3.1) – прерывается реакция ЧЭ прибора на вращение Земли или, иными словами, теряется “связь” с Землей. Возникающий при маневрировании сигнал с ИГ поступает лишь на вертикальный канал управления. Но так как отношение модулей Ay/Az составляет обычно 0,03 – 0,05, то влияние сил инерции на вертикальный канал управления незначительно. В итоге, ложный сигнал с ИГ не оказывает никакого влияния на ЧЭ, и его главная ось удерживает азимутальное направление. В этом режиме имеет место так называемый “дрейф” чувствительного элемента, что выражается в уходе главной оси из азимутального (меридионального) направления не более 1о/час. Причины дрейфа носят инструментальное происхождение. Применение данного способа снижения δ j эффективно для судов любого типа при продолжительном маневрировании, особенно в высоких широтах плавания. 97
  • 98. 3.2.4. Девиация от качки и способ ее уменьшения Одногироскопный чувствительный элемент, применяемый в гироазимуткомпасе, имеет некоторую остаточную маятниковость. Объясняется это тем, что очень трудно добиться абсолютно точной балансировки гиросферы при ее изготовлении. При наличии остаточной маятниковости на качке судна возникает инструментальная девиация, определяемая тем же уравнением (2.23), что и девиация на качке маятникового одногироскопного компаса (см. п. 2.6.1). Величина ее незначительна и не превышает нескольких десятых долей градуса, что считается в пределах допуска. Однако на качке появляется методическая погрешность δ′к . Рассмотрим механизм ее образования. Сам гироблок, внутри которого установлен одногироскопный ЧЭ, в своей нижней части имеет груз, служащий для понижения центра тяжести карданова подвеса. Наличие маятниковости гироблока приводит к раскачке ЧЭ вокруг оси подвеса в такт с качкой судна под влиянием составляющей ускорения в плоскости E-W, что само по себе не вызывает девиации на качке. Составляющие ускорения в плоскости N-S, действующие на ИГ, приводят к появлению сигнала, пропорционального ускорению и меняющего знак в такт с качкой. Из-за того что период τк качки много меньше периода собственных колебаний То компаса, знакопеременные моменты, вызываемые сигналами с ИГ, также не вызывают девиации на качке. При качке на промежуточных румбах происходят одновременное раскачивание ЧЭ и приложение к гироскопу знакопеременных моментов Ly и Lz по сигналам с ИГ (рис. 3.7). Составляющие этих ' " моментов L y и L z за полный период качки взаимно компенсируются, " ' а составляющие L z и L y сохраняют свой знак. В результате в течение обоих полупериодов качки будут действовать осредненные по величине и постоянные по направлению горизонтальный и верти- ' " кальный моменты L z и L y . Наличие постоянных по направлению моментов неизбежно вызывает появление у ЧЭ гирокомпаса девиации на качке. При этом следует подчеркнуть, что основное влияние оказывает составляющая 98
  • 99. L'z , а составляющая L"y имеет второстепенное значение. Объясняется это тем, что как видно из рис. 3.7. z " Lz Wк " Ly б) ИГ ' Ly Wк Eк ' Ly ' Lz Ly O " Ly ' Lz ИГ zг z zг Lz O yг а) zг yг yг n Ly " Lz yг Eк Lz n zг Рис.3.7. Принцип появления вертикального и горизонтального моментов при качке на промежуточных румбах: а) – первый полупериод качки; б) – второй полупериод качки L'z = L y sinχ = A y γ sinχ , а L"y = L z sinχ = A z γ sinχ . Однако отношение модулей Az/Ay очень мало (0,045). Следовательно L"y < L'z , и тогда Lz можно пренебречь. Поэтому именно вертикальная составляющая L'z горизонтального момента Ly и вызывает появление девиации на качке, схема образования которой по существу такая же, как и у маятниковых компасов. Эффект влияния качки будет уменьшен, если осуществить сдвиг по фазе, близкий к 90о, между ускорением, действующим на ИГ, и моментом, прилагаемым к гироскопу. Достигается это посредством демпфирования маятника ИГ путем увеличения τиг (заполнением камеры ИГ вязкой жидкостью). Для оценки влияния τиг в условиях качки используют отношение сигналов Uc1/ Uc2 (рис.3.6), вырабатываемых идеальным (τиг = 0) и реальным (τиг ≠ 0) ИГ, что позволяет получить коэффициент снижения погрешности на качке: 2 2 μ = τ иг ω к + 1 , где ωк – круговая частота качки. 99
  • 100. Так, при τиг = 60 сек. и периоде качки τк = 12 сек. коэффициент μ ≈ 900. Этот пример показывает высокую эффективность данного способа минимизации возмущающих моментов, действующих на гирокомпас. Следует так же добавить, что конструкция карданова подвеса имеет масляный демпфер по оси N-S раскачивания гироблока. С помощью демпфера создается момент вязкого сопротивления, и колебания по углу χ в значительной мере гасятся, что в итоге способствует уменьшению постоянного вертикального момента на качке. Отметим основные особенности погрешности δ′к на качке. Погрешность имеет четвертной характер и равна нулю на курсах 0, 90, 180, 270о; на четвертных курсах 45, 135, 225, 315о имеет максимальное значение. Увеличивается с ростом широты плавания φ, увеличением амплитуды качки θо и ее частоты ωк, увеличением расстояния l до центра качания судна. Уменьшается с увеличением постоянной времени индикатора горизонта τиг, демпфированием карданова подвеса гироблока с целью гашения собственных колебаний гироблока. Наиболее эффективным способом снижения δ′к является использование в ИГ сильно вязкой жидкости, что позволяет получить сдвиг по фазе ≈ 90о между действием ускорения и сигналом на выходе ИГ. При углах качки θо до 15о погрешность δ′к не более ± 0,5о; при неблагоприятных условиях (θо > 30о, φ > 70о) δ′к составляет примерно ± 1,5о. 100
  • 101. 4. ГИРОГОМПАС «КУРС-4» 4.1. Правила безопасности при эксплуатации технических средств судовождения Основное требование техники безопасности, предъявляемое к судовым техническим средствам судовождения, – строгое соответствие между размещением приборов этих средств в помещениях судна и наличием защиты, предохраняющей обслуживающий персонал от поражения электрическим током. Члены экипажа судна, связанные по роду работы с эксплуатацией технических средств судовождения (ТСС), должны знать и строго выполнять "Правила техники безопасности на судах морского флота", а также все требования техники безопасности при навигационном использовании, ремонте и настройке приборов. Техника безопасности при работе с ТСС имеет свою специфику, присущую только для этой большой группы судового оборудования. Так, для гирокомпаса отключение вызывает уход его из меридиана, поэтому в процессе эксплуатации приходится выполнять проверки, регулировки и устранение некоторых неисправностей без остановки гирокомпаса, т.е. под напряжением. В этом случае, учитывая, что в гирокомпасе имеются переменные напряжения номиналом 220 В и 110 В, необходимо все работы выполнять с применением средств индивидуальной защиты. К таким индивидуальным средствам защиты относятся: диэлектрические коврики, перчатки, калоши или боты, защитные очки, специальные диэлектрические клещи, отвертки с изолированной рукояткой и т.д. В настоящее время почти во всех странах приняты следующие средние значения тока (в миллиамперах), безопасные для организма: Мужчины Женщины Дети Переменный ток Постоянный ток 13 62 8,5 40 6 30 Установлено, что безопасное допустимое напряжение переменного тока 12 В. для 50 Гц и 50 В. для постоянного тока. 101
  • 102. Величина напряжения переносного освещения не должна превышать 12 В. независимо от рода тока (для машиннокотельных отделений судов) и допускается напряжение 24 В. для других помещений судов, где условия менее тяжелые. Наибольшую опасность представляет прохождение тока вдоль оси тела, например: рука - нога, рука - часть лица и т.д. Особенно опасными местами приложения напряжения считаются токи на правой руке, т.к. в этом случае протекающий по организму электрический ток совпадает с биологическим напряжением движения крови от правой руки к ногам. Необходимо помнить: 1. К обслуживанию ТСС допускаются квалифицированные работники. 2. Запрещается при осмотре ТСС, расположенных в машиннокотельных помещениях, выгородках, пользоваться открытым огнем (свечи, спички …). 3. Запрещается пользоваться неисправным инструментом и приборами. 4. Все работы в сырых помещениях, освещаемых при помощи переносных ламп, должны производиться в диэлектрических калошах (ботах) и в перчатках. 5. Если ремонтные или регулировочные работы выполняются при включенном приборе, необходимо на палубе иметь диэлектрический коврик. 6. Прежде чем коснуться токоведущих частей аппаратуры, необходимо проверить приборы контрольной лампой на предмет отсутствия напряжения. 7. Все ТСС должны содержаться в образцовой чистоте. 8. При использовании электроинструментов обращать внимание на их обязательное заземление. 9. К разгрузке чувствительного элемента приступайте не ранее чем через 2 ч после выключения гирокомпаса. 10. При работе с поддерживающей жидкостью помните, что формалин сильно действующий яд (при попадании формалина на руки мойте их с мылом), а техническая бура содержит вредные примеси. Формалин, буру и поддерживающую жидкость храните в закрытых опечатанных ящиках. 102
  • 103. 4.2. Международные требования к оборудованию На современных судах используется ряд навигационных приборов, которые служат для обеспечения безопасности мореплавания. Основным документом, который регламентирует укомплектование судов навигационными приборами, является Международная конвенция по охране человеческой жизни на море (СОЛАС74). Эта конвенция вступила в силу 25 мая 1980 г. В 1981 г. Международная морская организация (ИМО) приняла поправки к СОЛАС74. В этих поправках в текст правила 19 "Судовое навигационное оборудование" главы 5 "Безопасность мореплавания" включены требования, связанные с установкой на судах навигационных приборов. Принятые поправки вступили в силу 1 Сентября 1984 г. Начиная с этого момента навигационное оборудование, устанавливаемое на судах, должно иметь технические характеристики не ниже тех, которые указаны в документах. Рассмотрим техникоэксплуатационные требования к гирокомпасу. Эти требования ИМО сводятся к следующему. Гирокомпас должен обеспечивать определение положения диаметральной плоскости судна относительно истинного меридиана. При толковании требований, предъявляемых к гирокомпасу, необходимо исходить из следующих определений: а) термином “гирокомпас” обозначают все приборы, входящие в комплект компаса; б) истинный курс – это горизонтальный угол между нордовой частью меридиана и диаметральной плоскостью судна, отсчитываемый от 0 до 360° по часовой стрелке; в) считается, что гирокомпас "пришел в меридиан", если значения любых трех отсчетов курса, взятые через 30 мин, различаются не более чем на 0,7° на неподвижном судне, не имеющем крена и дифферента; г) установившийся курс – это среднее значение из десяти отсчетов, взятых через 20 мин, после прихода гирокомпаса в меридиан; д) установившаяся погрешность гирокомпаса – это разность между установившимся и истинным курсом; е) остальные погрешности, которые может иметь гирокомпас, определяются как разность между отсчетом курса и установившимся курсом. 103
  • 104. Картушка гирокурсоуказателя (репитера) должна быть градуирована через один градус или часть градуса. Каждые 10° отмечаются цифрами от 0 до 360° по часовой стрелке. Освещение репитера должно быть достаточным для съема показаний курса в любое время суток. Яркость подсветки необходимо регулировать. На неподвижном судне, а также при бортовой и килевой качке с периодом колебаний от 6 до 15 2 амплитудой 5° и максимальным горизонс, тальным ускорением 0,22 м/с в широтах до 60° гирокомпас должен приходить в меридиан не более чем за 6 часов после выключения. Установившаяся погрешность гирокомпаса при плавании судна с постоянной скоростью на любом постоянном курсе не должна превышать ±0,75 secϕ. Среднеквадратическая ошибка, характеризующая зону устойчивости гирокомпаса в меридиане, может быть не хуже ±0,25 secϕ. Изменение показаний гирокомпаса от пуска к пуску допускается до ±0,25 secϕ. Необходимо, чтобы гирокомпас надежно работал при воздействии вибрации, влажности, колебаний температуры в тех пределах, которые могут быть в месте установки прибора, а также в переменном магнитном поле. При этом установившаяся погрешность гирокомпаса может изменяться не более чем на 1° secϕ. В широтах до 60°: а) остаточная скоростная девиация после ее компенсации не должна превышать ±0.25 secϕ; б) инерционная девиация, вызванная быстрым изменением скорости судна, не может быть более 2°; в) инерционная девиация при быстром изменении курса судна на 180° (скорость 20 узлов) допускается до 3°; г) при бортовой качке с амплитудой 20°, килевой качке с амплитудой 10°, рыскании 5° с. периодом от 6 до 15 с. и максимальном горизонтальном ускорении до 1 м/с погрешность в показаниях курса должна быть не более 1° secϕ. Для соблюдения этого требования необходимо правильно выбирать место установки основного прибора. Рассогласование репитера с основным прибором допускается не более чем ±0,5°. 104
  • 105. Судовое электропитание должно обеспечивать непрерывную работу гирокомпаса. Каждый прибор гирокомпаса необходимо защитить от изменений токов и напряжений, перегрузок в переходных режимах, а также от случайного изменения полярности питающего напряжения. При наличии нескольких источников питания нужно обеспечить возможность быстрого переключения гирокомпаса с одного из них на другой. Шум, создаваемый приборами гирокомпаса, не должен заглушать сигналы, от которых может зависеть безопасность судна. Основной прибор гирокомпаса и репитеры для пеленгования необходимо устанавливать параллельно диаметральной плоскости судна с погрешностью ±0.5°. Курсовую черту и центр картушки нужно располагать в одной вертикальной плоскости. Гирокомпас должен иметь корректор скоростной девиации и сигнализацию об основных неисправностях приборов. Необходимо предусмотреть выработку информации о курсе для других навигационных приборов: радиолокационной станции (РЛС), авторулевого и т. д. Техническая документация должна содержать данные, необходимые для эффективного обслуживания прибора. 4.3. Принципы построения и работы гирокомпаса. Основные технические характеристики Как известно, гирокомпас является одним из технических средств навигации, предназначенный для определения курса судна. Для решения этой задачи функционально он содержит следующие основные приборы и системы. 1. Чувствительный элемент, являющийся указателем плоскости гирокомпасного меридиана, относительно которого измеряется азимутальное (угловое) положение диаметральной плоскости судна. Для придания чувствительному элементу свойств гирокомпаса он снабжен двумя гиромоторами, придающими ему свойства гироскопа, и центр тяжести его понижен относительно точки подвеса (превращение свободного гироскопа в гирокомпас). При этом погашение собственных незатухающих колебаний чувствительного элемента гирокомпаса осуществляется с помощью масляного успокоителя. 105
  • 106. Рис.4.1. Комплектация гирокомпаса 2. Основной прибор (прибор 1М, рис.4.4), служащий для обеспечения нормальной работы чувствительного элемента и съема информации об азимутальном положении диаметральной плоскости судна относительно чувствительного элемента. При этом чувствительный элемент, помещенный в следящую сферу, вместе с ней погружен в токопроводящую поддерживающую жидкость, которая обеспечивает 106
  • 107. ему подвес, и, кроме того, через нее осуществляется подвод трехфазного напряжения к потребителям чувствительного элемента. 3. Система охлаждения (прибор 12М) и соединительные трубопроводы, (на рисунке не показаны) предназначенная для стабилизации температурного режима поддерживающей жидкости. 4. Следящая система, служащая для отработки сигнала рассогласования, возникающего при всех азимутальных эволюциях судна, а вместе с ним и основного прибора, относительно чувствительного элемента, и передачи его на все принимающие (репитера). Сигнал рассогласования возникает и при неподвижном судне, когда чувствительный элемент приходит в меридиан, изменяя свое положение относительно основного прибора. В этих случаях сигнал рассогласования снимается со следящих электродов (основной прибор) и затем поступает на трансляционноусилительный прибор (прибор 9Б), откуда он после усиления транслируется для отработки всеми принимающими. 5. Система курсоуказания, служащая для индикации и регистрации текущего значения курса. Индикация курса осуществляется с помощью путевых репитеров (прибор 38А), настенных репитеров (прибор 38, на рисунке не показан) и репитеров для пеленгования (прибор 19А), а также с помощью репитеров, установленных в таких приборах как радиолокатор, авторулевой и т.д. Регистрация курса осуществляется с помощью специального устройства – курсографа (прибор 23Т3, на рисунке не показан). 6. Приборы управления, контроля и защиты, выполняющие роль вспомогательных систем, обеспечивающих нормальное функционирование всей системы в целом. Эти приборы выполняются или как самостоятельная часть в составе комплекта гирокомпаса, или как составная часть основных приборов комплекта. Для управления работой гирокомпаса предусмотрены: – система ускоренного приведения чувствительного элемента в меридиан, размещенная в основном приборе; – система компенсации скоростной девиации гирокомпаса, выполненная в виде корректора (расположен на столе основного прибора), который можно устанавливать непосредственно в гиропосту или дистанционно с помощью органов управления, размещенных в штурманском пульте; – система предупреждения возникновения инерционной девиации второго рода, состоящая из органов управления «С затуханием – 107
  • 108. Без затухания», размещенных в штурманском пульте (прибор 34 Н1), и реле масляного успокоителя, установленного в чувствительном элементе. Для контроля за работой гирокомпаса предусмотрены следующие индикаторные системы: – сигнальная лампа в приборе 4Д (пусковой прибор) для контроля о наличии однофазного тока; – сигнальная лампа и амперметры в приборе 4Д, а также вольтметр в штурманском приборе для контроля о наличии трехфазного тока; – сигнальные лампы в приборах 10М и штурманском пульте об отклонении трехфазного тока от номинального значения; – сигнальные лампы в приборах 10М, 9Б и штурманском пульте о рассогласовании следящей системы; – сигнальные лампы в приборах 10М и штурманском пульте об отклонении температуры поддерживающей жидкости от номинального значения; при этом срабатывает также звуковая сигнализация, ревун которой установлен в приборе 10М; – индикатор положения чувствительного элемента по высоте, расположенный в штурманском пульте. Для защиты гирокомпаса от перегрузок в электрической цепи предусмотрены предохранители, установленные в приборах 4Д, 9Б и разветвительной коробке 15А, или 3У (защитное устройство), в котором дополнительно к предохранителям добавлены защитные автоматы и сигнальные лампы. 7. Система питания, служащая для выработки питающего напряжения и подачи его на потребители. Она состоит из агрегата питания (прибор АМГ201) и пускового прибора (прибор 4Д). Агрегат питания, подключенный к судовой сети, вырабатывает напряжение номиналом 120 В. и частотой 330 Гц. Кроме этого напряжения в гирокомпасе используется напряжение судовой сети номиналом 110 В. и частотой 50 Гц. Приведенный состав комплекта гирокомпаса, объединенный функционально в ряд основных систем, позволяет удовлетворить требования Регистра с точки зрения выполнения таких технических характеристик, как: – гарантийный срок работы чувствительного элемента – наработка на отказ 108 8500 ч; 10000-12000 ч;
  • 109. – время прихода в меридиан – фактор затухания – расчетная широта – период незатухающих колебаний – период затухающих колебаний 2,5-6 ч; 2,5-6; 60° N(S); 84,4±5 мин; 100±15 мин 4.4. Назначение и устройство чувствительного элемента гирокомпаса. Система подвеса и центрирования Чувствительный элемент (ЧЭ) является основным узлом гирокомпасной системы. Он предназначен для указания плоскости гирокомпасного меридиана, относительно которого измеряется азимутальное положение диаметральной плоскости судна. Чувствительный элемент (гиросфера) (рис.4.2) представляет собой герметически запаянный шар диаметром 252 мм и массой около 8750 г, состоящий из двух латунных полусфер (1,2), которые при сборке соединяются пайкой. Гиросфера снаружи покрыта эбонитом, а район пайки полусфер покрывается специальной мастикой и затем эбонитовым или пластмассовым пояском, что обеспечивает правильность ее геометрической фигуры и герметичность. В верхней и нижней частях гиросферы имеются токопроводящие участки (3,4), изготовленные из графитоэбонита. Они получили название "Полярные шапки", соответственно верхняя и нижняя. Кроме этого, на экваторе чувствительного элемента имеются также токопроводящие электроды: одно широкое полукольцо (5), на концах которого расположены угольные электроды (6), четыре узких полосы (7,8) и круглый электрод на отсчете шкалы 180° (на рисунке не показан). На экваторе гиросферы нанесена шкала (9) с делениями через 1° от 0 до 360°. При этом для удобства снятия отсчета непосредственно с гиросферы нуль шкалы сдвинут относительно N на 180°, и когда гиросфера установится в меридиане, то точка 0° будет обращена к S. 109
  • 110. Рис.4.2. Чувствительный элемент. Так как смотровое стекло резервуара прибора 1М обращено в корму, то в этом случае при снятии отсчета с гиросферы получим ГКК судна, а не обратный ГКК. Верхняя и нижняя “Полярные шапки” изолированы от корпуса гиросферы, а экваториальные электроды, за исключением круглого электрода, соединены с корпусом. 110
  • 111. После сборки гиросферы через ниппель (10) в нижней токоведущей буксе из нее откачивается воздух и гиросфера заполняется водородом, и через тот же ниппель в гиросферу закачивается около 110 г масла (11) для смазки подшипников гиромоторов. Водородная среда обеспечивает меньшее трение при вращении гиромоторов, лучшую теплоотдачу от гиромоторов к корпусу гиросферы, предотвращает коррозию металла и окисление находящегося в ней масла. Учитывая, что в нижней части гиросферы находится масло со свободной поверхностью, наклонять ее на большие углы, а тем более переворачивать категорически запрещается. Центр тяжести гиросферы расположен ниже ее геометрического центра примерно на 7,8 мм. Эта величина называется метацентрической высотой гиросферы. За счет наличия метацентрической высоты гиросфера обладает положительным маятниковым эффектом, обеспечивающим "связь" ее с Землей. Внутри гиросферы укреплена рама (фонарь), изготовленная из легкого и прочного металла – электрона, в которой крепится гироскопическая система, состоящая из двух гиромоторов (12). Система из двух гиромоторов применяется для того, чтобы стабилизировать гиросферу в плоскости горизонта относительно ее главной оси и уменьшать тем самым погрешность гирокомпаса в условиях качки судна. Главные оси расположены под углом 90° и образуют с линией NS углы в 45°. Специальной системой, называемой антипараллелограммом, состоящей из рычагов (13), коромысла (14) и пружин, (15) гиромоторы соединены между собой. Эта система позволяет гиромоторам вращаться вокруг вертикальных осей только в противоположных направлениях. В результате чего главные оси гиромоторов всегда составляют с линией NS гиросферы одинаковые углы, величина которых ограничивается упорами в пределах 7°. Корпус гиромотора (камера) (16) изготовлен из электрона. На камере и крышке гиромотора закреплены статор (17) и компенсационная пружина, выбирающая осевой люфт ротора при изменении температуры. Ротор представляет собой массивный обод, переходящий в тонкую диафрагму (18) и ось (19), изготовленный из цельной отливки легированной стали. Весит ротор примерно 230 г. После изготовления ротор подвергается предварительной статической и динамической балансировке. Форма ротора выбрана так, что в собранном гиромоторе статор 111
  • 112. входит внутрь ротора. Смазка подшипников гиромоторов осуществляется капиллярным способом с помощью фитилей (20), расположенных в алюминиевых трубках, соединенных с корпусом гиромотора в районе шарикоподшипников. Концы фитилей опущены в масло. В верхней части фонаря расположено устройство для погашения колебаний гиросферы масляный успокоитель), состоящее из кольцеобразного желоба (21), с северной и южной сторон которого расположены герметически закрытые отсеки, заполненные вазелиновым маслом (22) (рис.4.3). Каждый из этих отсеков разделен внутренней перегородкой на две части, которые соединены между собой трубкой – тройником (23). Тройники северного и южного сосудов соединены между собой калиброванной трубкой (24), которая проходит через камеру, где в нижней части расположено реле выключателя затухания (25). В верхней части отсеки соединены воздушной трубкой (26). Реле выключателя затухания представляет собой камеру, в которой расположен якорь электромагнита, а с внешней стороны камеры укреплен сердечник электромагнита (27) с обмоткой (28). На якоре электромагнита укреплена пластинка, которая вместе с якорем может перемещаться в вертикальной плоскости. При отсутствии тока в обмотке электромагнита якорь вместе с пластинкой под действием пружин поднят, отверстие соединяющей трубки открыто и масло может перетекать из сосуда в сосуд. При маневрировании судна, чтобы избежать появления инерционной погрешности второго рода, подают питание через круглый электрод гиросферы на обмотку электромагнита. Якорь притягивается к сердечнику, пластинка перекрывает отверстие в камере, исключая тем самым перетекание масла из сосуда в сосуд. В нижней части гиросферы расположена обмотка (катушка) (29) (рис.4.2) электромагнитного "дутья", которая представляет собой кольцо трапецеидального сечения. Эта обмотка предназначена для того, чтобы центрировать гиросферу внутри следящей сферы. При прохождении переменного тока по обмотке вокруг нее образуются магнитные силовые линии, которые индуктируют в корпусе следящей сферы вихревые токи. Магнитное поле вихревых токов, взаимодействуя с магнитным полем обмотки, создает отталкивающую силу (Р), направленную к центру гиросферы. Эту силу можно разложить на две составляющие: вертикальную (Р2) и горизонтальную (Р1). Вертикальная составляющая компенсирует вес гиросферы в поддерживающей жидкости, который составляет примерно 304 г, а горизонтальная–центрирует ее в следящей сфере. 112
  • 113. Рис. 4.3. Масляный успокоитель 113
  • 114. 4.5. Основной прибор гирокомпаса (прибор 1М) Основной прибор гирокомпаса (рис.4.4) имеет нактоуз, кардановый подвес, резервуар для поддерживающей жидкости, стол и устройство для ускоренного приведения гирокомпаса в меридиан. 4.5.1. Нактоуз основного прибора состоит из трех частей: основания (1), средней части (2), крышки (3). Рис.4.4. Основной прибор гирокомпаса 114
  • 115. Основание крепится неподвижно к палубе судна с помощью 4 болтов. Средняя часть нактоуза может разворачиваться относительно основания на угол 9° в обе стороны. Для этого внутри нактоуза смонтировано устройство из зубчатой рейки и шестеренки, а также шкалы с делениями в градусах и индекс. Ось шестерни заканчивается четырехгранной головкой, выходящей в нижней части нактоуза (на рисунке не показана). При необходимости, приотдав четыре болта (4), крепящих среднюю часть нактоуза к основанию, и с помощью ключа вращая четырехгранную головку, можно развернуть среднюю часть нактоуза относительно основания на нужный угол, т.е. установить курсовую черту параллельно диаметральной плоскости судна. В средней части нактоуза со стороны кормы имеется смотровое окно, закрываемое дверцей, которое служит для наблюдения за положением гиросферы. Под дверцей расположена ниша (5) с клеммной платой (6), к которой подходят кабели, соединяющие основной прибор с периферийными приборами, и от этой же платы идет кабель (7) на клеммные колодки стола. В нише расположен трансформатор освещения основного прибора. Внутри нактоуза расположен блок конденсаторов устройства ускоренного приведения в меридиан, а также электронный блок управления работы помпы в режиме "Автоматическая работа". На наружной части нактоуза имеется выключатель освещения, переключатель устройства ускоренного приведения в меридиан и переключатель режимов работы помпы охлаждения. В верхней части нактоуза крепится кардановый подвес (8), состоящий из наружного (9), внутреннего (10) и опорного (11) колец. Последнее с помощью спиральных пружин подвешено к внутреннему кольцу. Подшипники наружного кольца (12), расположенные в носовой и кормовой частях нактоуза, изолированы от него для того, чтобы не было утечек тока на корпус и не возникало дополнительной нагрузки на агрегат питания. Кардановый подвес обеспечивает горизонтальность стола при качке судна. На опорном кольце подвешивается резервуар (13) с поддерживающей токопроводящей жидкостью. 4.5.2.Резервуар представляет собой емкость, изготовленную из красной меди, с внутренней стороны покрытую эбонитом, а с наружной стороны окрашенную краской. Со стороны кормы, в средней час115
  • 116. ти резервуара, имеется смотровое отверстие (окно), закрытое стеклом, на котором нанесена курсовая черта для снятия отсчета курса по гиросфере (на рисунке не показана). В нижней части резервуара, с внешней стороны, прикреплен балансировочный груз (14), представляющий собой несимметричную отливку, массой около 16 кг. Поворотом этого груза устанавливают стол гирокомпаса в горизонтальное положение, ориентируясь по уровню (15), расположенному на крышке корректора. В кольцевом пазу, расположенном с внутренней стороны балансировочного груза, уложена сигнальная обмотка устройства дистанционного контроля за положением чувствительного элемента по высоте. Концы этой обмотки выведены на стол и соединены с индикатором (миллиамперметром) в приборе 34. Обмотка электромагнитного дутья индуцирует в сигнальной обмотке ЭДС, которая будет тем больше, чем ниже опустится гиросфера, что и будет фиксировать стрелочный индикатор, шкала которого разбита в миллиметрах. В средней части, с наружной стороны резервуара, в виде кольца крепится статор устройства ускоренного приведения в меридиан (16). Статор многополюсный с двумя обмотками, главной и вспомогательной. Для сдвига фаз в главную обмотку включен блок конденсаторов, расположенных внутри нактоуза. С наружной стороны статор закрыт слоем вулканизированной резины для защиты от влаги. При подаче питания на статорные обмотки образуется вращающееся магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в металлической оболочке гиросферы, и они, взаимодействуя с магнитным полем статора, заставляют гиросферу вращаться относительно вертикальной оси, т.е. она становится ротором. С помощью переключателя меняя сторону вращения гиросферы, можно привести ее в меридиан до пуска гирокомпаса и ускорить приход гирокомпаса в меридиан после его пуска. В резервуар заливается около 16 л поддерживающей жидкости. В ее состав входит 13 л дистиллированной воды, 2,5 л глицерина, 0,1 л формалина и 14,3 г буры. Глицерин служит для создания необходимой плотности, формалин препятствует появлению бактерий, а бура обеспечивает токопроводимость. 116
  • 117. 4.5.3.Стол гирокомпаса (17) служит для подвеса на опорном шарикоподшипнике следящей сферы (18) и закрытия резервуара с поддерживающей жидкостью. На нем установлены клеммные разъемы, щеткодержатели (19), термометр (20), замыкатель ревуна (21), корректор (22), ртутный замыкатель (термостат) помпы (на рисунке не показан). Змеевик охлаждения (23) крепится с нижней стороны стола. Стол с внутренней стороны вместе со змеевиком покрыт эбонитом. Для наблюдения за уровнем поддерживающей жидкости в столе имеются два отверстия, закрытые завинчивающимися эбонитовыми пробками (24). Для герметичности между резервуаром и столом уложена резиновая прокладка, а для удобства снятия стола на нем имеются две ручки. Замыкатель ревуна автоматически включает звуковую и визуальную сигнализацию при отклонении температуры поддерживающей жидкости от заданной величины. Термометр своей нижней частью опущен в поддерживающую жидкость и служит для наблюдения за ее температурой. Корректор служит для исключения из показаний гирокомпаса (репитеров) скоростной погрешности. На нем в носовой части размещен азимутмотор (25), в кормовой – реверсивный электродвигатель корректора (26), а сбоку сельсинприемник корректора. Кроме того, на нем установлен маховичок (27) для ручной установки корректора, электромеханический стопор двигателя корректора, картушки точного и грубого отсчета курса и уровень. Для освещения в ночное время в основном приборе установлено 3 лампочки: одна у смотрового окна резервуара, другая на столе гирокомпаса у термометра и третья на корректоре. В средней части стола имеется отверстие, в котором на подшипниках крепится следящая сфера. 4.5.4.Следящая сфера (рис.4.5) является одной из основных частей следящей системы гирокомпаса и служит для подвеса чувствительного элемента, подвода к нему электрического тока и слежения за положением чувствительного элемента. Следящая сфера состоит из держателя (1), семи колодок (2), двух полусфер (3) и двух экваториальных колец (4). 117
  • 118. Рис.4.5. Следящая сфера Держатель представляет собой полый латунный стержень, покрытый эбонитом, в нижней части заканчивающийся эбонитовым диском (5). По окружности диска имеется семь латунных букс с отверстиями. К каждой из букс припаян проводник. После пайки углубление в диске держателя заливается влагостойкой изоляционной массой. Проводники через отверстие стержня выходят из держателя и крепятся к кольцам коллектора (6) на столе гирокомпаса. В отверстия латунных 118
  • 119. букс держателя вставляются и крепятся контактными винтами семь латунных стержней (7), покрытых эбонитом. Верхние и нижние части стержней свободны от эбонита, причем нижние части стержней имеют резьбу, на которую при сборке следящей сферы навинчиваются гайки (8), покрытые эбонитом. Экваториальные кольца изготовлены из эбонита, а с внутренней стороны в них вставлены токопроводящие кольца. Токопроводящие кольца (верхние и нижние) изготовлены из латуни и покрыты эбонитом. С внутренней стороны каждое кольцо имеет по три проводящих графитоэбонитовых дуги. Каждое из колец с помощью контактного винта соединено с одним из стержней держателя. Между экваториальными кольцами установлено семь эбонитовых колодок. В двух узких колодках, расположенных противоположно друг другу, впрессованы токопроводящие электроды 30, 31, которые получили название следящих контактов, а в одной из колодок токопроводящий электрод 55. Эти электроды соединены контактными винтами с соответствующими контактными стержнями держателя. Между эбонитовыми колодками вставлены смотровые стекла (9). Углы смотровых стекол срезаны для обеспечения лучшей циркуляции поддерживающей жидкости внутри следящей сферы. С наружной и внутренней стороны всех стекол нанесены горизонтальные линии, которые обеспечивают наблюдение за положением гиросферы по высоте. Следящие полусферы представляют собой части, изготовленные из алюминия и покрытые эбонитом, за исключением полярных участков с внутренней стороны. Эти участки покрыты графитоэбонитом и являются токопроводящими полярными электродами. Следящие полусферы в центре имеют отверстия для лучшей циркуляции поддерживающей жидкости. При установке следящие полусферы опираются буртиками на экваториальные кольца. В собранном виде следящая полусфера подвешивается на двух шарикоподшипниках в средней части стола. На верхнюю часть держателя одевается коллектор и с помощью эксцентрикового зажима (10) прочно крепится к держателю, после чего заворачивается контргайка и фиксируется с помощью стопорного винта. Люфт в подвесе следящей сферы не допускается. В рабочем положении полярные и экваториальные контакты следящей сферы находятся против соответствующих контактов гиросфе119
  • 120. ры. При этом обеспечиваются зазоры между гиросферой и следящей сферой по вертикали 68 мм, а в районе экватора 4 мм. Подача питания на гиросферу обеспечивается следующим путем. Ток 120 В, 330 Гц приходит с разъемов стола основного прибора. Через щетки и кольца коллектора первая фаза (клемма 27) подается через одноименный стержень держателя, контактный винт, корпус верхней полусферы и на токопроводящий полярный электрод. Затем через токопроводящую жидкость на одноименный электрод гиросферы, а с него через буксу на клеммную плату в гиросфере. Аналогично вторая фаза (клемма 28) подается также на клеммную плату гиросферы. Третья фаза (клемма 29) идет с двух колец коллектора через одноименные стержни держателя, контактные винты на верхние и нижние токопроводящие кольца следящей сферы, затем через поддерживающую жидкость на экваториальные токопроводящие контакты гиросферы, соединенные с корпусом. С клеммной платы и корпуса гиросферы ток попадает на статорные обмотки гиромоторов и обмотку электромагнитного дутья. Таким же путем, через следящую сферу, ток попадает на круглый электрод 55 гиросферы, с буксы которого поступает на обмотку электромагнита выключателя затухания. Сверху стол гирокомпаса закрывается профильной крышкой. Она изготовлена из листового алюминия и имеет три застекленных окна. Одно из них расположено в верхней части крышки и служит для снятия отсчета курса с картушки. Два других окна расположены сбоку. Одно служит для наблюдения за положением гиросферы через систему зеркал, другое для наблюдения за температурой поддерживающей жидкости. 4.6. Вспомогательные приборы и системы гирокомпаса 4.6.1. Приборы блока питания служат для выработки и подачи в электрическую схему гирокомпаса токов напряжением 120 В. 330 Гц и 110 В. 50 Гц. Они состоят из пускового прибора и агрегата питания. 4.6.2. Пусковой прибор (прибор 4Д) (рис.4.6) служит для пуска и остановки гирокомпаса, разветвления и защиты цепей электрической схемы от перегрузок и для контроля за величиной трехфазного переменного тока, питающего гиросферу. 120
  • 121. ’ Рис.4.6. Пусковой прибор На крышке прибора расположены три амперметра (1), которые позволяют следить за величиной трехфазного тока 120 В. 330 Гц, питающего гиросферу. В нижней части крышки установлены два пакетных переключателя (2, 3). Левый служит для подачи в электрическую схему гирокомпаса однофазного тока через понижающий трансформатор, а правый для подачи судового тока напряжением 220 В. 50 Гц на двигатель агрегата питания. Над каждым пакетным переключателем установлены прозрачные колпачки сигнальных ламп (4 и 5), которые загораются при включенном положении переключателя и наличии тока в сети. Внутри корпуса прибора смонтированы клеммные платы (6), сигнальные лампы (7), платы с предохранителями (8) и токовый сигнализатор (9). С наружной части корпуса пускового прибора имеются несколько выводов с сальниками (10) для подключения кабелей. Как правило, выводы маркируются буквами (А, Б и т.д.) для удобства чтения электрической схемы. Предохранители, установленные в приборе, различной мощности в зависимости от величины тока в цепи. 121
  • 122. Токовый сигнализатор служит для визуальной сигнализации об отклонении трехфазного тока 120 В. 330 Гц от номинала на величину 0,25 А. Он представляет собой асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого включены последовательно в каждую из фаз трехфазного тока 120 В. 330 Гц. На оси ротора укреплен подвижный контакт (11) (в виде стрелки), верхний конец которого находится между двумя неподвижными контактами. Нижней частью подвижный контакт укреплен в диэлектрике, к которому прикреплена пружина, а другой конец ее закреплен в специальной стойке, расположенной на корпусе и позволяющей регулировать начальное натяжение пружины. Таким образом, если освободить ротор, то при подаче напряжения токовый сигнализатор будет работать как обычный асинхронный электродвигатель и ротор его будет вращаться с определенным числом оборотов. Если же застопорить ротор с помощью пружины, то можно добиться такого положения, что момент на валу электродвигателя будет равен моменту пружины, и в этом случае подвижный контакт будет находиться между неподвижными. При изменении тока, например, в большую сторону, момент на валу электродвигателя увеличится и подвижный контакт замкнется с одним из неподвижных. При этом будет замкнута цепь сигнальных неоновых лампочек "Отклонение тока". Эти лампы расположены в приборах 34 и 10М. Если ток в цепи трехфазной линии 120 В. 330 Гц уменьшится, подвижный контакт замкнется с противоположным неподвижным контактом и снова замкнется цепь сигнальных ламп "Отклонение тока". Срабатывание токового сигнализатора и зажигание сигнальных лампочек "Отклонение тока" считается нормальным в момент включения однофазного тока в период пускового режима гирокомпаса. Для того чтобы механически не повредить контакты токового сигнализатора или не нарушить их регулировку, они закрыты прозрачной крышкой. 4.6.3. Агрегат питания (прибор 18) служит для выработки трехфазного переменного тока 120 В. 330 Гц для питания электрической схемы гирокомпаса. В зависимости от напряжения судовой сети могут применяться агрегаты АМГ201 А и АМГ201 Б. Первый применяется в том случае, если напряжение судовой сети 380 В, 50 Гц, а второй, если 122
  • 123. напряжение 220 В, 50 Гц. Агрегат питания АМГ состоит из двигателя, генератора и блока стабилизации частоты, собранные в одном корпусе. Двигатель агрегата асинхронный с короткозамкнутым ротором. Генератор – синхронная машина, возбуждение которой осуществляется от постоянных магнитов. Частота вырабатываемого тока генератором должна быть строго постоянной, в противном случае изменится число оборотов роторов гиромоторов, изменится режим работы гирокомпаса и понизится его точность. Для того чтобы в процессе работы частота не изменилась, в агрегате питания имеется специальный блок регулирования частоты (БРЧ). Он смонтирован в верхней части агрегата и состоит из двух дросселей, трансформатора, магнитного усилителя, реле пуска, селеновых выпрямителей, ряда трансформаторов и сопротивлений. Селеновые выпрямители помещены в резервуар, отлитый вместе с коробкой. Резервуар заполнен трансформаторным маслом и закрыт текстолитовой крышкой, в которой имеется отверстие для заливки масла. Масло налито для того, чтобы улучшить охлаждение селеновых выпрямителей и увеличить срок их службы. 4.6.4. Сигнальный прибор (прибор 10М) (рис.4.7) предназначен для звуковой сигнализации при отклонении температуры поддерживающей жидкости от допустимого предела и визуальной сигнализации при отклонении трехфазного переменного тока от номинального значения на величину ±0,25 А и рассогласовании следящей системы на величину более 1,5°. В корпусе прибора установлен ревун (1), трансформатор питания ревуна (2), две сигнальные неоновые лампочки (3) "Отклонение тока" и "Рассогласование следящей системы" и два балластных сопротивления (4), ограничивающие ток неоновых лампочек. Рис.4.7. Сигнальный прибор 123
  • 124. 4.6.5. Приборы защиты (прибор 15, 3У) предназначены для ограничения тока, идущего для питания сельсиновприемников и предотвращения выхода из строя их обмоток. Кроме того, эти приборы служат и разветвительными коробками. В комплекте гирокомпаса могут применяться как приборы 15, так и приборы 3У. Прибор 15 представляет собой коробку, в которой смонтированы платы с пятью предохранителями на каждый принимающий сельсин. Три одноамперных плавких предохранителя ограничивают ток в обмотках синхронизации и два одноамперных плавких предохранителя – в обмотке возбуждения. В боковых стенках коробки установлены сальники для подключения кабелей, соединяющих сельсиныприемники с коробкой. Прибор 3У представляет собой также коробку, в крышке которой имеется красная сигнальная лампа, а внутри корпуса смонтированы электротермические реле и плавкие предохранители. Первые включены в цепь синхронизации, а вторые в цепь обмотки возбуждения сельсинов. Каждое из электротермических реле (рис.4.8) имеет три биметаллические пластинки (1), на которых намотана спираль. Рис.4.8. Электротермическое реле Пластинки с помощью штока (2) соединены с фиксатором (3). При исправной работе сельсина контакты токов синхронизации (4) замкнуты, а сигнализации (5) – разомкнуты. Если сельсин неисправен, токи синхронизации увеличиваются, спираль нагревается и биметаллические пластинки, нагреваясь, прогибаются. Прогибаясь, пластинки перемещают шток, который с помощью рычагов освобождает фиксатор, и цепь токов синхронизации неисправного сельсина отключается, одновременно включаются контакты цепи красной сигнальной лампы. Для того чтобы определить, какое из электротермических реле отключилось, в каждом из них имеется окошко, в котором при отключении появляется красный флажок. После устранения 124
  • 125. неисправности нужно возвратить электротермическое реле в исходное положение нажатием на кнопку. 4.6.6. Система охлаждения гирокомпаса служит для обеспечения охлаждения поддерживающей жидкости и удержания ее в пределах 38-42°С. Система охлаждения двухступенчатая (рис.4.9, а). Дистиллированная вода, охлаждающая поддерживающую жидкость, охлаждается забортной водой. Система охлаждения состоит из помпы охлаждения (1) (прибор 12М), термоконтактора (4), замыкателя ревуна (2), электронного блока управления работой помпы (рис.4.9, б) в режиме "Автоматическая работа", змеевика основного прибора (3) и трубопроводов. Рис.4.9. Система охлаждения 4.6.7. Помпа охлаждения (прибор 12М) (рис.410) представляет собой латунный корпус (1) в виде резервуара, в который заливается около 5 л дистиллированной воды. В верхней части корпуса установлен электродвигатель (2), вал которого соединен с центробежным насосом, расположенным внутри корпуса. Для охлаждения дистиллированной воды внутри корпуса помещается змеевик (3), по которому протекает забортная вода или вода судовой магистрали. 125
  • 126. Рис. 4.10. Помпа охлаждения Змеевик рассчитан на давление не более 1,7-1,8 атм. Центробежный насос представляет собой закрытую камеру с нагнетательным выводом и всасывающим патрубком, в котором вращается сегнерово колесо (4). Сегнерово колесо – это диск, по окружности которого просверлены отверстия по касательной к некоторой окружности около вала. В центре сегнерова колеса выточена полость, куда и выходят эти отверстия. Если поместить сегнерово колесо в воду, то она заполнит все отверстия и при вращении центробежные силы будут перемещать частицы воды от центра к периферии и в полости колеса создается разряжение, а на периферии, т.е. в камере насоса, где вращается сегнерово колесо, давление примерно 0,5 атм. В верхней части корпуса помпы имеется отверстие для заливки дистиллированной воды и стрелка для определения стороны вращения двигателя помпы. На передней части корпуса помпы имеется водомерное стекло (5) для контроля за уровнем жидкости и пробка (6) для ее слива. Электродвигатель помпы питается трехфазным переменным током 120 В, 330 Гц. Смазка подшипников электродвигателя осуществляется с помощью двух масленок (7). Для определения стороны вращения двигателя помпы в верхней части вал закрыт прозрачным колпачком. Чтобы вода из помпы не попадала на электродвигатель, на оси имеется специальная отражающая шайба. Помпа устанавливается на вертикальной переборке в непосредственной близости от основного прибора. Двигатель помпы имеет три режима работы: "Автом. ра126
  • 127. бота", "Выкл.", "Аварийная работа". Тумблер режимов работы расположен снаружи корпуса прибора 1М. Выключение и включение электродвигателя помпы охлаждения в режиме "Автоматическая работа" производятся с помощью ртутного термоконтактора и специальной электрической схемы (рис.4.9б), расположенной в приборе 1М (электронного блока управления работой помпы). Она состоит из электромагнитного реле, трансформатора, диодного выпрямителя, двух триодов, резисторов, конденсатора. При автоматическом режиме работы помпы охлаждения переключатель режимов работы нужно установить в положение "Автом. работа". В этом случае питание на электродвигатель помпы охлаждения подается через переключатель режимов работы (1) и рабочие контакты управляющего реле (К). Если температура поддерживающей жидкости достигнет +42° С ртутный термоконтактор (Т) замыкает цепь и питание поступает на электронный блок управления. Блок управления позволяет замкнуться контактам реле и подать питание на двигатель помпы охлаждения. При понижении температуры поддерживающей жидкости до +38° С контакты управляющего реле размыкаются, обесточивая двигатель помпы охлаждения. Таким образом, помпа охлаждения в этом случае работает в релейном режиме, т.е. только в том случае, если температура поддерживающей жидкости выходит за допустимые пределы. В аварийном режиме помпа работает непрерывно. В этом случае питание на электродвигатель помпы охлаждения подается непосредственно через переключатель режимов работы (ПРР) (рис.4.9б), минуя схему термостабилизации. 4.6.8. Замыкатель ревуна (рис.4.11) предназначен для включения системы сигнализации при отклонении температуры поддерживающей жидкости от заданных пределов и состоит из термостата (1) и контактного устройства (2), закрытого колпачком. Контактное устройство состоит из трех контактов, двух неподвижных (3) с регулировочными винтами и подвижного (4), расположенного между ними. Подвижный контакт с помощью пружины прижимается к штоку термореле (5) и при повышении температуры поддерживающей жидкости он поднимает его и замыкает с верхним неподвижным контактом. При понижении температуры шток термостата опускается и подвижный контакт замыкателя ревуна замыкает127
  • 128. ся с нижним неподвижным контактом. В обоих случаях замыкается цепь ревуна и подается звуковой сигнал, а также включается цепь сигнальных ламп "Отклонение температуры". Рис.4.11. Замыкатель ревуна Таким образом, принцип работы системы охлаждения состоит в следующем (рис.4.9, а). Забортная вода (или вода с судовой магистрали), проходя по змеевику помпы, охлаждает дистиллированную воду в ней, а помпа, создавая давление, по трубопроводу подает ее в змеевик основного прибора гирокомпаса. Отобрав тепло поддерживающей жидкости, дистиллированная вода возвращается снова в помпу, охлаждается, и цикл повторяется. 4.7. Приборы управления и курсоуказания. Корректор 4.7.1. Приборы управления обеспечивают возможность эксплуатации гирокомпаса в различных условиях плавания судна. К этим приборам относятся штурманский пульт (прибор 34 Н1) (в гирокомпасах ранних выпусков прибор 34 А), корректор и устройство для ускоренного приведения чувствительного элемента в меридиан. 4.7.2. Штурманский пульт (прибор 34 Н1) (рис.4.12a) служит для указания курса, скорости и пройденного судном расстояния, времени, а также для управления и контроля за работой гирокомпа128
  • 129. са. В литом корпусе располагаются репитер курса (1), механизмы управления выключателем затухания (2, 3), механизм скоростной поправки курса (на рисунке не показан), указатель скорости (4) и счетчики пройденного расстояния (5), часы (6), вольтметр (7), микроамперметр (8), сигнальные лампы (9) и переключатели. К механизмам управления выключателем затухания относятся курсовой фрикционный автомат и скоростной центробежный замыкатель (расположены в корпусе прибора 34 Н1). Рис.4.12а. Штурманский пульт (с закрытой крышкой) Рис.4.12б. Штурманский пульт (с откинутой крышкой) 129
  • 130. Рукоятка пакетного переключателя выведена на крышку прибора 34 Н1 и имеет три положения: "С затуханием", "Без затухания", "Автом. работа". В положении "С затуханием" реле выключателя затухания в гиросфере обесточивается и масло в масляном успокоителе может перетекать из сосуда в сосуд, т.е. колебания гиросферы будут затухать. 4.7.3. Скоростной центробежный замыкатель (рис.4.13.) обеспечивает автоматическое отключение масляного успокоителя при изменении линейной скорости судна более чем 24 уз/мин. Это устройство состоит из несимметричной инерционной массы кольца (1), жестко посаженного вместе с шестерней (2) на валу, двигателя скорости (3). Инерционная масса может поворачиваться в подшипниках. Под влиянием центробежных сил, действующих на груз (4), кольцо будет поворачиваться, а шестерня, которая находится в зацеплении с рейкой (5), начнет ее перемещать вверх и замкнет контакты (6). При срабатывании контактов замыкается цепь реле выключения затухания в гиросфере. Затухание будет выключено до тех пор, пока судно двигается с ускорением. В этот период сигнальная лампочка "Без затухания" будет гореть. Следует помнить, что цепь питания обмотки выключателя затухания автоматически замкнется в случае изменения линейной скорости судна при положении тумблера, расположенного на крышке прибора, в режиме "Без затухания". Механизм дистанционного ввода скоростной поправки (рис.4.14) служит для выработки поправки за широту и скорость судна и подачи ее на корректор гирокомпаса, который исключает Рис.4.13. Скоростной скоростную погрешность из его центробежный замыкатель показаний (репитеров). Механизм скоростной поправки курса состоит из узла широты и узла скорости. Узел широты включает маховичок широты (1) и систему 130
  • 131. Рис.4.14. Механизм дистанционного ввода скоростной поправки 131
  • 132. зубчатых передач. С помощью маховичка вручную осуществляется поворот коноида (2). С узлом широты связана шкала географической широты (3), которая разворачивается совместно с коноидом. При повороте коноида на угол, пропорциональный широте места, щуп (4) скользит по нему и перемещается на величину, обратно пропорциональную косинусу широты. Узел скорости состоит из сельсина скорости (М1) БД404 НА, исполнительного электродвигателя (М2) АДП1362 и системы зубчатых передач. Узлом скорости осуществляется разворот шестерни (5) с укрепленными на ней направляющими и щупом. Щуп, связанный с зубчатой рейкой и трибкой, разворачивает ротор сельсинадатчика БД501 НА. В результате работы этих двух узлов механизма скоростной поправки ротор датчика БД501 НА разворачивается на угол, прямо пропорциональный скорости судна и обратно пропорциональный косинусу широты места (V/cosϕ), и по линии синхронной связи передает этот угол в корректор основного прибора на сельсин (М3) БД404 НА, работающим в трансформаторном режиме. Напряжение, возникающее в его однофазной обмотке, подается на управляющую обмотку исполнительного электродвигателя корректора (М4) АДП262. Электродвигатель начинает работать и перемещает каретку (диск истинных курсов), а вместе с ней с помощью механической передачи разворачивает ротор сельсина БД404НА. Когда сельсин БД404НА на корректоре согласуется с сельсином датчиком в приборе 34 Н1, электродвигатель корректора остановится. При этом будет исключена из показаний репитеров скоростная погрешность для данной широты и скорости. 4.7.5. Корректор (рис.4.15) служит для исключения скоростной погрешности из показаний гирокомпаса. Корректор представляет собой корпус, который с помощью трех опор установлен на столе основного прибора гирокомпаса и крепится двумя пружинными захватами. Одна из опор имеет регулировочные винты для точной установки корректора в азимуте. 132
  • 133. Рис.4.15. Корректор Внутри корпуса смонтирован корректирующий механизм, состоящий из нижнего диска, получившего название диска компасных курсов (1), и верхнего диска – диска истинных курсов (2). Нижний диск связан со следящей сферой. Для этого в центре диска имеется выступающий прилив и выточка, в которую входит прилив поводка 133
  • 134. (3) следящей сферы. В этом же диске имеется радиальный вырез (4) в направлении EW, куда входит каретка (5), сидящая на оси (6) штифта (пальца), жестко закрепленного на верхнем диске. Верхний диск имеет возможность перемещаться по направляющим вдоль диаметральной плоскости судна относительно нижнего диска. Для этого на корпусе имеется специальный маховичок (7) и червячная передача. Таким образом, диски соединены эксцентрично и будут выбирать скоростную погрешность по полукруговому закону. С верхним диском соединены картушки грубого (8) и точного (9) отсчета курса, а также индекс (10), указывающий установочное число (от 0 до 30) по шкале (11) на корпусе корректора. На крышке корректора имеется номограмма (12) для определения установочного числа по широте и скорости. Под застекленным окошком (13) находится электромеханический стопор (14), отключающий электродвигатель корректора при дистанционной его установке и достижении верхним диском крайнего положения. В носовой части корректора расположен азимутмотор (15), а в кормовой – реверсивный электродвигатель (16) корректора. Кроме того, сбоку укреплен сельсин-приемник (17) (в ранних выпусках – сельсин-датчик) устройства дистанционной установки корректора, механически соединенный с верхним диском. Принцип работы корректора заключается в следующем. При вращении маховичка линейно в нос – корму перемещается верхний диск. Каретка, связанная с верхним диском и входящая в радиальный вырез нижнего диска, разворачивает нижний диск на угол, равный скоростной погрешности. Нижний диск, соединенный через поводковую связь со следящей сферой разворачивает последнюю на этот же угол, вследствие чего происходит рассогласование следящей сферы с гиросферой. Сигнал рассогласования подается на усилитель в прибор 9Б и затем на вспомогательную обмотку следящего электродвигателя. Следящий электродвигатель начинает работать, разворачивая ротор сельсина датчика и синхронно связанные с ним все принимающие курса, на угол, равный скоростной погрешности гирокомпаса для данного режима движения судна. Таким образом, в показаниях основного прибора гирокомпаса и всех репитеров будет введена поправка на величину скоростной погрешности. 134
  • 135. 4.7.6. Устройство для ускоренного приведения чувствительного элемента в меридиан (рис.4.16.). Рис.4.16. Устройство для ускоренного приведения чувствительного элемента в меридиан При подаче питания чувствительный элемент гирокомпаса приходит в меридиан в течение 3-6 ч (в зависимости от широты места). В этот период гирокомпас непригоден для использования. Для устранения этого недостатка имеется специальное устройство – ускоренное приведение гиросферы в меридиан. Оно достигается воздействием на гиросферу внешнего момента относительно вертикальной оси. При неработающих гиромоторах под действием этого момента гиросфера поворачивается в азимуте. Прилагая внешний момент определенного направления, приводят гиросферу в плоскость меридиана. Положение плоскости меридиана предварительно должно быть известно, например, по магнитному компасу или по ориентации причала. 135
  • 136. По принципу действия устройство для ускоренного приведения чувствительного элемента в меридиан представляет собой двухфазный асинхронный двигатель, включающий статор и ротор. Магнитопоровод статора – это стальной кольцеобразный пояс (16) (см. рис. 4.4), расположенный снаружи резервуара прибора 1М в районе экватора гиросферы. Пояс имеет 3 пары полюсов. На этих полюсах уложены две обмотки: главная (1) и управляющая (2). Последовательно с главной обмоткой включен конденсаторный блок (3), создающий необходимый сдвиг фазы тока. Ротором устройства для приведения гирокомпаса в меридиан является чувствительный элемент. Устройством управляют с помощью переключателя (4), установленного в нише основного прибора. Магнитопровод статора снаружи покрыт вулканизированной резиной, защищающей обмотки от попадания влаги. Блок конденсаторов расположен в нижней части нактоуза прибора 1М. Ускоренное приведение чувствительного элемента в меридиан заключается в следующем. Не подавая питания на чувствительный элемент, приводят его в меридиан. Затем на чувствительный элемент подают трехфазный ток. Если чувствительный элемент начнет уходить из меридиана, то путем кратковременных включений переключателя возвращают его в меридиан. Внешний момент, действуя относительно вертикальной оси, вызовет при работающих гиромоторах прецессионное движение чувствительного элемента по высоте, создавая при этом наклон ЧЭ относительно плоскости горизонта. Появляющийся за счет угла наклона маятниковый момент порождает второе прецессионное движение ЧЭ в азимуте, используя которое необходимо удерживать ЧЭ в меридиане. 4.7.7. Приборы курсоуказания служат для обеспечения передачи курса в различные помещения судна и отдельные приборы. Все приборы курсоуказания (репитеры 19 А, 33, 38 и 38 А) в принципе не отличаются друг от друга и имеют лишь внешние отличия, обусловленные местом их установки. Сельсин-приемник (рис.4.17) представляет собой электрическую машину переменного тока, в которой имеются обмотка возбуждения и три обмотки синхронизации, магнитные оси которых сдвинуты относительно друг от друга на угол 120°. 136
  • 137. Рис.4.17. Сельсин-приемник Сельсины могут быть контактными и бесконтактными. У первых на оси ротора имеются кольца, к которым прижимаются щетки, у вторых ротор свободен. Учитывая, что бесконтактные сельсины обеспечивают большую точность, они применяются в электрической схеме гирокомпаса "Курс". Принцип работы бесконтактного сельсина заключается в следующем. На статоре этого сельсина уложены обмотки синхронизации, а по торцам обмотка возбуждения. Для осуществления связи между обмотками используется ротор, у которого нет обмотки, но он состоит из двух половинок специальной формы. Обе половинки собраны из пластин железа и разделены прокладкой из немагнитного материала. Магнитный поток, наводимый обмоткой возбуждения, входит в торцы ротора и выходит через полюсные выступы. При вращении ротора, как и в контактном сельсине, будет вращаться магнитный поток, который наводит в обмотках синхронизации ЭДС. Величина ее пропорциональна углу поворота ротора. Репитер (прибор 19 А) (рис.4.18) предназначен для установки на пелорусе (1) (прибор 20 А). 137
  • 138. Рис.4.18. Репитер (прибор 19 А). Пелорус (прибор 20 А) Он представляет собой корпус, внутри которого укреплен принимающий сельсин (2). Ротор сельсина с помощью зубчатой передачи (3) связан с картушками грубого (4) и точного (5) отсчетов с ценой деления соответственно 1° и 0,1°. Кроме основной шкалы на картушке грубого отсчета нанесена шкала для пеленгования. На оси ротора сельсинаприемника установлен механический демпфер (6) для погашений его колебаний. Внутри корпуса репитера укреплен трансформатор, питающий лампочки для освещения картушки, а в нижней части помещен чугунный или свинцовый груз, служащий для понижения центра тяжести и удержания лицевой стороны репитера в горизонтальной плоскости во время дифферента, крена и качки судна. Верхняя часть корпуса репитера закрыта двумя стеклами. В центре верхнего стекла имеется гнездо (7) с гайкой для установки центрального штифта пеленгатора. Гайка позволяет перемещать гнездо и центрировать пеленгатор. Под стеклом в носовой части репитера закреп138
  • 139. лена курсовая черта (8). Стекла азимутальным кольцом (9) прижимаются плотно к корпусу. Нижняя часть корпуса репитера закрывается крышкой (10). В собранном состоянии репитер должен быть герметичным. Для согласования репитера имеется специальное отверстие, закрывающееся навинчивающимся колпачком (11). Согласование производится с помощью специального ключа, который при нажатии размыкает две фазы токов синхронизации и вводит в зацепление шестеренку, позволяющую согласовывать картушки репитера. Репитер на цапфах установлен в кардановом подвесе (12) пелоруса. Пелорус (1) (прибор 20 А) (рис.4.18) представляет собой колонку, состоящую из двух частей. Нижняя часть крепится жестко к палубе. Верхняя часть пелоруса (13) вставляется в нижнюю и крепится четырьмя стопорными болтами (14). В нижней части пелоруса установлены соединительная коробка (15) и реостат освещения репитера (16). Для ориентации нижней части пелоруса относительно диаметральной плоскости судна на его основании имеется стрелка, указывающая направление носа и кормы судна. Для установки во внутренних помещениях судна применяются репитеры 33, 38, 38 А. Прибор 33 подвешивается в подвесе и служит в качестве путевого репитера. Приборы 38 и 38 А предназначены для установки на вертикальных переборках и могут крепиться жестко к переборке или устанавливаться на шарнире. Картушки этих репитеров закрыты не двойным, а одинарным стеклом и позволяют снимать информацию только о курсе судна. Они не имеют в нижней части груза. 4.8. Следящая система гирокомпаса 4.8.1. Назначение следящей системы гирокомпаса и устройство ее элементов Следящая система гирокомпаса "Курс-4" относится к классу следящих систем непрерывного действия. Эти системы характеризуются плавностью отработки угла рассогласования. При этом скорость отработки угла рассогласования у них пропорциональна величине сигнала рассогласования. Следящая система гирокомпаса служит для устранения угла рассогласования между гиросферой и следящей сфе139
  • 140. рой. Кроме того, следящая система обеспечивает дистанционную передачу показаний основного прибора на репитеры. В принципе гирокомпас "Курс" может работать и без следящей системы, но в этом случае его показания можно снимать только непосредственно с гиросферы. Конструктивно следящая система гирокомпаса включает следящую сферу (рис.4.5), трансляционно-усилительный прибор (прибор 9Б) (рис.4.19) и азимутмотор. Рис.4.19. Трансляционно-усилительный прибор (прибор 9Б) 140
  • 141. Следящая сфера. Устройство следящей сферы подробно рассмотрено ранее. 4.8.2. Трансляционно-усилительный прибор (9Б) служит для усиления рассогласования, возникающего при наличии угла рассогласования между следящей сферой и гиросферой, отработки этого угла и обеспечения передачи показаний основного прибора на репитеры. Прибор 9Б состоит из корпуса (1), закрывающегося крышкой (на рисунке не показана) на шарнирах. Внутри корпуса установлена панель, на которой закреплен магнитный усилитель, состоящий из фазового трансформатора, двух дросселей и других элементов, расположенных с внутренней стороны панели. С внешней стороны панели установлены: тумблер (2) для включения и выключения питания на главную обмотку электродвигателя (3), выпрямители (4), потенциометр (5) (либо секционное сопротивление) для регулировки скорости отработки следящей системы, балластное сопротивление (6) в цепи первичной обмотки фазового трансформатора, два сопротивления (7) по 500 Ом в цепи моста сопротивлений и сигнальный трансформатор (8), вырабатывающий сигнал при рассогласовании следящей сферы с гиросферой на угол более 1,5°. Во вторичную обмотку этого трансформатора включена неоновая лампа (9) "Рассогласование следящей системы", расположенная на той же панели. Такие же лампы установлены в приборах 10 М, 34 А, 34 Н1. На внешней стороне панели установлены также конденсаторы (10) и предохранители (11). В нижней части прибора 9Б размещен сельсин-датчик (12), механически связанный с электродвигателем (3). Исполнительный, или его иногда называют "следящий", электродвигатель представляет собой двухфазную электрическую машину с короткозамкнутым ротором. На статоре смонтированы две обмотки – главная и вспомогательная. Главная обмотка получает питание от двух фаз трехфазного переменного тока 120 В. 330 Гц, а вспомогательная обмотка питается током, возникающим на выходе магнитного усилителя. Сельсиндатчик может быть контактного или бесконтактного типа. В последних выпусках гирокомпасов, как правило, устанавливаются датчики бесконтактного типа. 141
  • 142. В качестве устройства, обеспечивающего усиление слабого сигнала рассогласования следящей сферы с гиросферой, в электрической схеме гирокомпаса применяется магнитный усилитель. Рис.4.20. Следящая система гирокомпаса 142
  • 143. 4.8.3. Принцип работы следящей системы гирокомпаса с магнитным усилителем В основу принципа работы следящей система гирокомпаса (рис.4.20) положен принцип работы моста сопротивлений. В качестве плеч сопротивлений моста служат два постоянных сопротивления R1 и R2 по 500 Ом и два переменных сопротивления (столбы поддерживающей жидкости между электродами гиросферы и контактами 30 и 31, расположенными на следящей сфере). Диагональю моста являются обмотки дросселей (ДУ1, ДУ2) магнитного усилителя Н1 и К1. Управляющие обмотки дросселей ДУ1 и ДУ2 питаются от вторичной обмотки фазового трансформатора (ФТ), а первичная обмотка его включена в цепь трехфазного переменного тока 120 В, 330 Гц. Со вторичной обмотки фазового трансформатора ток проходит через выпрямители и затем попадает на управляющие обмотки дросселей. Если судно не изменяет курса, то сопротивления столбов жидкости между следящими электродами 30 и 31 гиросферы и одноименными электродами следящей сферы будут одинаковы. В этом случае ток с клеммы 29 будет поступать на одноименную клемму следящей сферы. Далее цепь этого тока раздваивается. А именно, часть тока через жидкостное сопротивление между электродом 30 гиросферы и одноименным электродом следящей сферы поступает в точку А. Цепь замыкается через сопротивление R2 на клемму 27. Вторая ветвь идет через жидкостное сопротивление между электродом 31 гиросферы и одноименным электродом следящей сферы в точку В. Цепь замыкается через сопротивление R1 на клемму 27. Разности потенциалов между точками А и В в этом случае нет и токи, протекающие по управляющим обмоткам дросселей ДУ1 и ДУ2, будут равны. Подмагничивание сердечников дросселей будет одинаковым, а следовательно и индуктивные сопротивления рабочих обмоток Н3, К3 и Н4, К4 будут равны. Мост сопротивлений, составленный из этих рабочих обмоток, будет в равновесии, и через его диагональ, в которую включена вспомогательная обмотка следящего электродвигателя АДП261, ток не пойдет и электродвигатель работать не будет. Если судно изменит курс, допустим влево, то сопротивление столба жидкости между контактом 30 гиросферы и одноименным 143
  • 144. контактом следящей сферы будет меньше сопротивления жидкостного столба между контактом 31 гиросферы и одноименным контактом следящей сферы. Потенциал точки А в этом случае будет выше потенциала точки В. Появится ток рассогласования, который пойдет по диагонали моста от точки А к средней точке вторичной обмотки фазового трансформатора, а затем вверх и вниз по вторичной обмотке через выпрямители, управляющие обмотки дросселей, снова через выпрямители к точке В. Если принять, что ток начального подмагничивания протекает по следующей цепи: клемма 29 первичная обмотка фазового трансформатора (ФТ) сопротивление R3 клемма 27, то ток рассогласования в верхней половине вторичной обмотки ФТ будет совпадать с направлением тока начального подмагничивания. Тогда по управляющей обмотке дросселя ДУ1 потечет больший ток, и подмагничивание сердечника будет большим, а по управляющей обмотке ДУ2 потечет меньший ток, и подмагничивание сердечника будет меньше. При уменьшении подмагничивания увеличиться магнитная проницаемость сердечника ДУ2, а индуктивное сопротивление рабочих обмоток Н3, К3 и Н4, К4 дросселя ДУ2 возрастет. В этом случае в диагонали моста потечет ток от клеммы 29, через обмотку Н3, К3 ДУ1, конденсатор С1, вспомогательную обмотку исполнительного двигателя, обмотку Н4, К4 ДУ1 и на первую фазу (клемма 27). При включенном тумблере ВК в цепи главной обмотки исполнительного электродвигателя будет ток рассогласования и он начинает работать. Исполнительный электродвигатель с помощью механической передачи связан с сельсиномдатчиком БД501 А, а последний с азимутмотором БС404 А и со всеми принимающими сельсинами курса. Азимутмотор, механически связанный со следящей сферой, будет разворачивать ее в сторону согласования с гиросферой до тех пор, пока сопротивления столбов жидкости не уравновесятся. Разность потенциалов между точками А и В исчезнет, в управляющих обмотках дросселей токи будут равны, подмагничивание одинаковым, индуктивные сопротивления всех рабочих обмоток дросселей равны, в диагонали моста, в которую включена вторичная обмотка исполнительного электродвигателя, ток исчезнет, электродвигатель остановится. При отклонении судна в другую сторону от курса схема будет работать аналогично, только следящий электродвигатель начнет отрабатывать в противоположную сторону. 144
  • 145. 4.9. Подготовка, пуск и остановка гирокомпаса. Ускоренное приведение чувствительного элемента гирокомпаса в меридиан 4.9.1. Подготовка гирокомпаса к пуску Перед пуском необходимо проверить: — в приборе 4Д выключатели “Судовая сеть” и “Однофазный ток” находятся в положении “Отключено”; — в приборе 9Б выключатель “Усилитель” в положении “Выкл.”; — в приборе 34 Н1 выключатели “С затуханием – Без затухания” и “С затуханием – Без затухания – Автом. работа” в положении “С затуханием”; — в приборе 1M выключатели “Помпа”, “Ускоренное приведение в меридиан” и “Освещение” находятся в положении “Откл.”; — в приборе 1M корректор выставлен на “0”; — легкость хода всех вращающихся деталей; — наличие предохранителей и соответствие их штатным местам и своему номиналу; — наличие, исправность и надежность посадки в гнездах осветительных и сигнальных ламп; — количество и качество поддерживающей жидкости в приборе 1M. Она должна быть прозрачной, а уровень ее не должен доходить до нижнего среза стола на 10 мм. Для замера уровня жидкости необходимо открыть пробку наливного отверстия на столе прибора 1M и, опустив в него чистую деревянную палочку, определить расстояние от ее смоченной поверхности до верхнего края наливного отверстия. С учетом толщины крышки стола и высоты гнезда для пробки это расстояние должно быть равно 35 мм; — уровень дистиллированной воды в помпе. При нормальном количестве жидкости ее уровень должен совпадать с красной риской на водомерном стекле помпы. Если ее мало, то нужно долить, вывинтив пробку наливного отверстия (над водомерным стеклом); — давление в змеевике помпы по манометру, которое при открытом кране судовой магистрали не должно превышать 1,7 атм; — курсограф, необходимо очистить перья от ворсинок бумаги, проверить отсутствие повреждений перьев. 4.9.2. Пуск гирокомпаса Пуск гирокомпаса может быть осуществлен в одном из двух режимов: нормального, естественного приведения чувствительного 145
  • 146. элемента в меридиан (время прихода 4-6 ч) и ускоренного приведения чувствительного элемента в меридиан. При нормальном, естественном приходе в меридиан пуск гирокомпаса осуществляется в следующей последовательности: 1. Переключатель “Однофазный ток” в приборе 4Д поставить в положение “Включено”. При этом должна загореться сигнальная лампа “Однофазный ток” и будет слышен характерный шумовой эффект в системах синхронной передачи курса. 2. Переключатель “Судовая сеть” в приборе 4Д поставить в положение “Включено”. При этом должна загореться сигнальная лампа “Судовая сеть” и сработает звуковая сигнализация о температуре поддерживающей жидкости. Убедившись в исправности сигнальной системы и проверив по термометру на столе прибора 1M действительную температуру поддерживающей жидкости (меньше 38° С), отключают ревун, вынув предохранитель 33 в приборе 4Д. 3. Проверить напряжение трехфазного переменного тока 120 В по вольтметру прибора 34 Н1 (34А) и величину токов в фазах по амперметрам прибора 4Д. В начальный момент по амперметрам проверяют пусковые токи, которые не должны превышать 4 А, а через 15-20 мин – рабочие токи. Рабочие токи должны находиться в следующих пределах: 1я фаза – 1,5-2,3 А; 2я фаза – 1,3-2,0 А; 3я фаза – 1,4-2,1 А. При установлении рабочих токов должны погаснуть сигнальные лампы “Отклонение тока” в приборах 10М и 34 Н1 (34). 4. Проверить работу помпы и вторично количество жидкости в ней. При необходимости долить дистиллированную воду в помпу. 5. Включить тумблер освещения основного прибора 1M и проверить исправность ламп подсветки. Кроме того, проверить работу регуляторов подсветки шкал во всех репитерах. 6. Проверить согласованность ЧЭ со шкалами основного прибора и согласованность всех принимающих с основным прибором 1M. При необходимости нужно согласовать все принимающие с основным прибором с точностью до 0,1°. Согласовать по времени курсограмму в приборе 23Т или 34. 7. Включить тумблер “Усилитель” в приборах 9Б и убедиться, что сигнальные лампы “Рассогласование следящей системы” в приборах 10 М, 9Б и 34 Н1 или 34 погасли. 8. Проверить работу корректора в приборе 1M и механизм дистанционного управления корректором в приборе 34 H1 или 34А. 146
  • 147. 9. Проверить, что при переходе через температуру +38° С отключается ревун, гаснут сигнальные лампы в приборах 10 М, 34 H1 и включается помпа охлаждения. 10. Проверить, что при переходе через температуру +42°С включается ревун в приборе 10 М, загораются сигнальные лампы “Отклонение температуры” в приборах 10 М и 34 H1 и включается помпа охлаждения – режим “Автом. работа”. Обратить внимание на правильность стороны вращения вала помпы (сторона вращения вала помпы совпадает с красной риской-указателем, нанесенной на верхней крышке электродвигателя). 11. После прихода гирокомпаса в меридиан проверить при температуре поддерживающей жидкости +40°С положение чувствительного элемента по высоте. При этом экваториальная линия на чувствительном элементе должна совпадать с линиями на стеклах следящей сферы с точностью до ±2 мм. Одновременно проконтролировать положение чувствительного элемента по высоте на индикаторе “Положение ЧЭ” в приборе 34 H1. 12. По характеру записи на курсограмме траектории прихода гирокомпаса в меридиан сделать качественную или количественную оценку работоспособности системы. Через десятиминутные промежутки времени взять несколько проверочных пеленгов отдаленного предмета, и если пеленг не меняется, то гирокомпас считается пришедшим в меридиан. При этом на курсограмме курсовое перо чертит прямую линию. Необходимо отметить, что исправленный отсчет курса по магнитному компасу должен соответствовать отсчетам курса, снимаемым в смотровом стекле прибора 1M с чувствительного элемента, на столе компаса прибора 1M и на всех репитерах. 13. Определить поправку гирокомпаса и произвести необходимые записи в судовом журнале и техническом формуляре. Доложить старшему помощнику капитана о готовности гирокомпаса. 4.9.3. Остановка гирокомпаса 1. Тумблер “Усилитель” в приборе 9Б поставить в положение “Выкл”. 2. Переключатель “Судовая сеть” в приборе 4Д поставить в положение “Отключено”. 147
  • 148. 3. После остановки агрегата (токи по амперметрам в приборе 4Д упадут до нуля) переключатель “Однофазный ток” поставить в положение “Отключено”. 4. Закрыть вентиль судовой магистрали, питающий змеевик помпы охлаждения. 5. Проверить все приборы, закрыть их крышки и при необходимости зачехлить. 6. На ленте курсографа записать дату, время и место (широту и долготу) остановки гирокомпаса. Произвести соответствующие записи в судовом журнале и техническом формуляре. 4.9.4. Ускоренное приведение чувствительного элемента в меридиан В ситуациях, когда необходимо экстренно использовать гирокомпас, можно осуществить ускоренное приведение чувствительного элемента в меридиан, которое по времени займет примерно 1 ч. с допустимой точностью. Для этого необходимо выполнить следующие действия (полагая, что подготовка гирокомпаса к пуску выполнена): 1) определить для надежно ошвартованного судна его курс с точностью не менее 12° (например, по магнитному компасу или по ориентации относительно причала); 2) включить переключатель “Однофазный ток” в приборе 4Д; 3) на нактоузе прибора 1M включить освещение и с помощью переключателя “Ускоренное приведение в меридиан”, поставив его в положение “Увеличение” или “Уменьшение” отсчета на чувствительном элементе, подвести гиросферу на отсчет курса с точностью до 3°; 4) включить переключатель “Судовая сеть” в приборе 4Д и кратковременными выключениями устройства “Ускоренное приведение в меридиан” удержать чувствительный элемент на заданном курсе, обращая внимание на горизонтальность его экваториальной линии. Это удержание по курсу и горизонту осуществляется в течение 10-15 мин. При появлении больших углов наклона чувствительного элемента необходимо переключатель “Ускоренное приведение в меридиан” поставить в положение, противоположное тому, которое соответствует в данном случае стороне движения чувствительного элемента. Затем выполняется все то, что следует за п.2 подраздела (Пуск гирокомпаса). 148
  • 149. 4.10. Проверки и регулировки гирокомпаса 4.10.1. Проверка и регулировка ориентации прибора 1М и азимутального кольца репитера для пеленгования При неправильной ориентации прибора 1М или азимутального кольца репитера для пеленгования в показаниях гирокомпаса будет иметь место постоянная погрешность. Для её выявления и компенсации необходимо выполнить следующий объем работ. Целесообразнее начинать с репитера для пеленгования. Если на судне установлен на верхнем мостике центральный репитер, то необходимо курсовую линию 0-180° азимутального кольца совместить с диаметральной плоскостью (ДП) судна, допустим, по гюйсштоку. Для этого на репитер устанавливается оптический пеленгатор ПГК2 и риска его совмещается точно с нулевым делением азимутальной шкалы. Затем пеленгатор закрепляется в таком положении и проверяется совмещение вертикальной нити визира пеленгатора с гюйсштоком (при этом необходимо следить по пузырьку уровня пеленгатора, чтобы плоскость азимутального кольца была горизонтальна). Если имеется рассогласование между вертикальной нитью визира пеленгатора с гюйсштоком, то при ослаблении винтов колонки пелоруса разворачивается в азимуте его верхняя часть вместе с репитером до тех пор, пока это рассогласование не исчезнет. После этого крепежные винты равномерно зажимаются и делается контрольная проверка положения нити визира пеленгатора относительно гюйсштока. Репитеры для пеленгования, размещенные на крыльях мостика (возможно и на кормовом мостике), устанавливаются в ДП по центральному репитеру. При этом согласование их осуществляется путем контроля отсчетов по небесным светилам или отдаленным ориентирам (не менее 1,5 мили). Для этого с центрального репитера на выбранное светило берется отсчет по азимутальному кольцу и сравнивается с отсчетом на это же светило, снятым с согласуемого репитера. При рассогласовании отсчетов свыше ±0,25° необходимо ослабить винты у согласуемого репитера, развернуть у него верхнюю часть пелоруса, закрепить винты и для проверки взять два три контрольных отсчета. Если нет на судне центрального репитера, то репитер для пеленгования может быть выставлен относительно ДП по курсовому углу на тот же гюйсшток. Для этого с теоретического чертежа судна снимает149
  • 150. ся расстояние между репитерами для пеленгования, делится пополам и снимается от середины этой линии до гюйсштока. Затем рассчитывается теоретический курсовой угол на гюйсшток, принимаемый за истинное значение, который должен совпадать с отсчетом, снятым с азимутального кольца согласуемого репитера. Рассогласование допускается не более ±0,25°. После выставки репитеров для пеленгования относительно ДП судна необходимо проверить правильность выставки прибора 1M судна относительно ДП и при необходимости отрегулировать его азимутальное положение. Для этого после прихода чувствительного элемента гирокомпаса в меридиан следует произвести согласование репитеров для пеленгования с прибором 1M c точностью до 0,1° и путем пеленгования отдаленного ориентира, истинный пеленг которого известен, определить постоянную девиацию гирокомпаса (судно надежно ошвартовано). Если при этом девиация превышает допустимое значение ±0,5°, то необходимо ослабить болты, крепящие нактоуз к основанию, и по шкале кремальеры развернуть нактоуз на угол, равный величине девиации. Обычно при такой регулировке точность компенсации девиации составляет ±1°. Для более точной компенсации девиации используют два регулировочных винта, расположенных на одной из трех опорных стоек корректора. Используя названные элементы регулировки прибора 1М и производя при этом постоянный контроль по пеленгу, добиваются компенсации до ±0,5°. Затем регулировочные болты и винты фиксируют и определяют остаточную девиацию гирокомпаса. 4.10.2. Проверки и регулировки системы охлаждения Учитывая, что в систему охлаждения гирокомпаса входит ряд его блоков и узлов, объединенных функционально, рассмотрим вопросы проверок и регулировок каждого из них и всей системы в целом. Помпа охлаждения. Перед включением помпы необходимо проверить уровень жидкости в ней, который должен соответствовать красной риске на смотровом стекле. При пуске системы и при установке переключателя в приборе 1М в положение “Аварийная работа” убедиться, что происходит циркуляция воды в приборе и направление стороны вращения ротора помпы совпадает с направлением стрелки, нанесенной на верхней крышке прибора. Если ротор вращается в обратную сторону, то необходимо поменять местами две фазы на моторе помпы. 150
  • 151. При неисправности помпы допускается временно охлаждать гирокомпас непосредственно от судовой магистрали пресной водой через ре2 дуктор, понижающий давление для компасной магистрали до 0,7 кгс/см . При использовании гирокомпаса в условиях минусовой температуры необходимо в прибор 12М заливать жидкость, содержащую 60% дистиллированной воды и 40% глицерина плотностью 1,25 г/см при 20° C. В этом случае температура замерзания жидкости минус 20° С. Если компас используется на судах, находящихся длительное время в экваториальных широтах, то рекомендуется подводимую к прибору 12М воду предварительно охлаждать в судовой рефрижераторной установке. Замыкатель ревуна. Данный элемент системы охлаждения должен быть отрегулирован на срабатывание при температурах ниже +38°С и выше +42°С . В этих случаях включается звуковая сигнализация в приборе 10М и световая сигнализация (Отклонение температуры) в приборе 34 Н1. Для проверки правильности его срабатывания и при необходимости регулировки необходимо отключить помпу (выключателем или убрав два предохранителя из трех 15, 16, 17), поднять температуру поддерживающей жидкости до +42°С и винтом замыкателя ревуна отрегулировать его так, чтобы замыкался верхний контакт при данной температуре и включался при этом ревун и сигнальная лампа. Затем необходимо включить помпу и, понизив температуру поддерживающей жидкости до +38°С , отрегулировать замыкатель ревуна так, чтобы замкнулся нижний контакт, включая при этом ревун и сигнальную лампу. Система термостабилизации. Проверить систему термостабилизации. Для этого достаточно включить тумблер “Автоматическая работа”, в результате чего при срабатывании термоконтактора включается помпа, обеспечивающая стабилизацию температуры поддерживающей жидкости в пределах +38° — +42°С. Если тумблер установлен в положении “Аварийная работа”, то помпа работает непрерывно, независимо от термоконтактора. В процессе эксплуатации и при замене поддерживающей жидкости необходимо осуществлять контроль за положением ЧЭ по высоте, так как смещение его вверх или вниз за допустимые пределы может привести к выходу ЧЭ из меридиана за счет касания им поверхности следящей сферы. Для этого в приборе 34 Н1 предусмотрен индикатор (положение ЧЭ), где красным цветом отмечены недопустимые зоны. Кроме того, этот контроль может осуществляться и непосредственно через смотровое стекло в приборе 1М. При этом экваториальная ли151
  • 152. ния на ЧЭ должна совпадать с красной риской на смотровом стекле следящей сферы. Отклонение ЧЭ от среднего положения при температуре поддерживающей жидкости +40°С допускается в пределах ±2 мм. Эта проверка выполняется спустя 8-10 ч работы гирокомпаса, когда установится температурный режим. Перед регулировкой положения ЧЭ необходимо обратить внимание на согласованность его действительного положения с показаниями индикаторов в приборе 34 Н1. Рассогласование в показаниях индикатора допускается в пределах ±1 мм. Если рассогласование больше указанного значения, то необходимо регулировочным потенциометром (установлен на внутренней стороне передней крышки) выбрать это рассогласование. При положении экваториальной линии ЧЭ ниже риски на следящей сфере более чем на 2 мм необходимо в состав поддерживающей жидкости добавить глицерин согласно таблице. При положении экваториальной линии ЧЭ выше риски на следящей сфере более чем на 2 мм необходимо добавить в состав поддерживающей жидкости дистиллированную воду. Знак “−” соответствует опусканию ЧЭ, а знак “+” – подъему. Таблица объемов добавляемой жидкости Смещение ЧЭ, мм ±1 ±2 ±3 ±4 Объем воды, 3 см 100 300 400 500 Объем гли Смещение церина, ЧЭ, мм 3 см 15 ±5 30 ±6 60 ±7 80 ±8 Объем воды, 3 см 550 600 700 800 Объем гли церина, 3 см 100 120 140 160 Добавление глицерина или дистиллированной воды сопровождается тщательным перемешиванием всей поддерживающей жидкости в резервуаре. Для этого из резервуара отливается количество жидкости, равное объему, который необходимо долить, путем отсоса жидкости из наливного отверстия с помощью гибкого резинового шланга. Жидкость сифонным способом отливается в градуированную кружку, затем выливается из кружки, а в нее наливается нужное количество дистиллированной воды или глицерина. Кружку поднимают выше уровня поддерживающей жидкости, и из нее жид152
  • 153. кость через шланг самотеком перетекает в резервуар. Как только уровень жидкости в кружке уменьшится почти до дна, кружка быстро опускается вниз и жидкость начнет перетекать из резервуара в кружку. Повторив эту процедуру несколько раз, жидкость тщательно перемешивают. Затем нужно включить компас и обязательно проверить по амперметрам величины токов в фазах, так как они могут измениться при выполнении этих работ. Если токи окажутся ниже нормы, то в состав поддерживающей жидкости необходимо добавить раствор буры из расчета 2 г буры на 0,1А. При этом предварительно нужно отлить из резервуара порядка 0,1 л поддерживающей жидкости, подогреть ее и растворить в ней буру. 4.10.3. Проверки и регулировки следящей системы гирокомпаса В следящей системе гирокомпаса проверяются и регулируются три ее основных характеристики: — чувствительность; — время обработки угла 90°; — число колебаний. Чувствительность следящей системы. Этот параметр определяет минимальный угол рассогласования, при котором срабатывает следящая система. Для проверки после прихода гирокомпаса в меридиан достаточно выполнить следующие действия: — зафиксировать отсчет курса на столе прибора 1М или по любому репитеру; — вращая вручную ротор исполнительного двигателя в приборе 9Б, рассоглосовать по репитеру первоначальный отсчет на 0,3-0,5°; — отпустив ротор исполнительного двигателя, снять отсчет, на который отработала система, и определить разницу отсчетов по отношению к начальному отсчету; — проделать аналогичные операции при отклонении ротора исполнительного двигателя в противоположную сторону; — определить среднюю разность отсчетов при рассогласовании в обе стороны, которая не должна превышать 0,2°. Если среднее значение больше величины 0,2°, то необходимо с помощью переменного резистора в приборе 9Б добиться нужного значения чувствительности. 153
  • 154. Время отработки угла 90°. Эта проверка, называемая и как проверка скорости отработки следящей системой, выполняется также после прихода ЧЭ в меридиан при соблюдении следующей последовательности действий: — замечается отсчет курса по шкале на столе прибора 1М; — в приборе 9Б перемычкой в виде изоляционного провода с оголенными концами закоротить клеммы 30 или 31 с клеммой 29 (можно отключить клемму 30 или 31) и рассогласовать следящую систему относительно начального отсчета на угол 120-130°; — схема восстанавливается, т.е. убирается перемычка или подключаются клеммы 30, 31, и после отработки следящей системой угла 20-30° включается секундомер; — после отработки угла 90° от момента включения секундомера последний останавливается и определяется время отработки этого угла. Аналогичная проверка выполняется и в другую сторону (при первой проверке замыкается, допустим, 30 с 29 , а при второй – 31 с 29). Время отработки угла 90° как в одну, так и в другую сторону должно быть не более 15 с. При этом разность во времени отработки при рассогласованиях на угол 90° в разные стороны не должна превышать 4 с. Одновременно при отработке следящей системой проверяется число ее колебаний относительно исходного состояния, т.е. количество прохождений следящей системой через начальный отсчет. Оно не должно превышать пяти колебаний. Если время отработки следящей системой угла 90° более 15 с, то необходимо проверить отсутствие механических заеданий в системе трансляции курса, начиная от исполнительного двигателя и сельсинадатчика в приборе 9Б до репитеров. Для проверки принимающих необходимо поочередно отключать их, допустим, в приборе ЗУ или разветвительной коробке 15А и каждый раз проводить описанную выше проверку. При выявлении неисправного репитера устранить обнаруженные в нем дефекты или заменить сельсин и выполнить контрольную проверку. Если данные проверки не дают желаемых результатов, то необходимо подобрать величины сопротивлений и емкостей, стоящих в цепи исполнительного электродвигателя (в приборе 9Б), измеряя при этом время отработки и число колебаний следящей системой. 154
  • 155. Подбор емкости в приборе 9Б, подключенной параллельно вспомогательной обмотке исполнительного двигателя, так же, как и регулировочное сопротивление, влияет на чувствительность следящей системы. Сигнальная линия. В приборе 9Б установлена сигнальная система о рассогласовании ЧЭ со следящей сферой выше допустимого значения. Этот сигнал также поступает в приборы 10М и 34 Н1 на сигнальные лампы “Рассогласование следящей системы”. Для проверки срабатывания сигнальной системой необходимо в приборе 9Б отключить усилитель и, вручную поворачивая валик электродвигателя (в приборе 9Б), рассогласовать следящую систему с ЧЭ на угол 0,7-2,5°. При этом должны загореться сигнальные лампы. Если они не загораются, то необходимо найти неисправность и устранить её. 4.10.4. Проверка и регулировка системы синхронной передачи курса. Как правило, проверка и согласование системы синхронной передачи курса выполняется после каждого пуска гирокомпаса, а также при подключении приборов (репитеров) к системе трансляции курса после их замены, ремонта и т.д. Показания каждого репитера (принимающего) не должны отличаться от показаний прибора 1М (по репитеру на столе прибора 1М) на величину не более +0,1°. В то же время при согласовании могут наблюдаться случаи, когда рассогласование составляет 0,3° или 0,5°.Обычно это возникает после выполнения ремонтных работ в системе синхронной передачи курса. Если рассогласование репитера составляет 0,3°, то у данного репитера необходимо поменять местами (последовательно) все три фазы ротора сельсина (три подводящих провода). Если рассогласование репитера курса составляет 0,5°, то у этого репитера меняются местами подводящие концы возбуждения сельсина. Если рассогласование отличается от указанных величин, то оно устраняется разворотом статора сельсина или перезацеплением трубки, сидящей на оси ротора сельсина, с шестерней. Для разворота сельсина необходимо ослабить винты, крепящие его статор, и вруч155
  • 156. ную повернуть статор до установки шкалы прибора на требуемый отсчет (выполняется под питанием). При включении следящей системы гирокомпаса может наблюдаться вращение принимающего в противоположную сторону по отношению к остальным принимающим. Для устранения этой несинхронности в работе необходимо в данном принимающем поменять местами две из трех фаз ротора. Если при этом будет внесено рассогласование, равное 0,3°, то нужно поменять местами все три фазы ротора (последовательно). 4.10.5. Проверки и регулировки курсографа и прибора 34Н1. Курсограф, в зависимости от модификации гирокомпаса. может быть выполнен в виде самостоятельного прибора 23Т3. Сначала необходимо убедиться, что перед включением гирокомпаса и проверкой курсографа заправлена бумага на лентопротяжном механизме. При поданном питании на гирокомпас проверяют правильность согласования четвертного и курсового перьев. Для этого нужно нажать кнопку размыкателя или поставить тумблер “Приемник курса” в положение “Выкл.” и, вращая вручную валик приемника курса, установить на курсографной бумаге курсы 0, 90, 180 и 270°. При этом проверить на каждом указанном курсе точность перехода четвертного пера в следующую четверть. Оно должно переходить в следующую четверть в тот момент, когда курсовое перо от своего крайнего положения проходит к середине курсограммы не более 0,5° на курсах 90, 180 и 270° и не более 1° на курсе 360° (для приборов типа 23Т не более 1,5° на курсе 360°). Изменение движения курсового пера должно происходить с черты, соответствующей 0=180° и 90270°. Репитер курсографа должен быть согласован с отсчетом курса на столе прибора 1М с точностью 0,1°. Кроме названных проверок необходимо после каждого пуска гирокомпаса или замены курсографной бумаги проверять и при необходимости согласовывать ленту курсограммы по времени. Для проверки и согласования используются поперечные линии на ленте, нанесенные с шагом 10 мин. Значения времени нанесены с левой стороны ленты через каждые 2 ч. Если под перьями расположен отсчет времени, не соответствующий судовому времени, то необходимо ослабить 156
  • 157. стопорную гайку на верхнем барабане (справа) и, вращая барабан, установить нужный отсчет времени и зажать гайку. В курсографе предусмотрена регулировка толщины записи курса с помощью специального потенциометра. Заправка ленты в курсограф осуществляется в следующей последовательности: — на средний барабан надевается рулон бумаги, и ее свободный конец пропускается через верхний барабан, имеющий направляющие штифты, которые должны входить в перфорацию ленты; — свободный конец ленты, обрезанный с двух сторон уголком, закрепляется на нижнем барабане, который гибким пружинным тросиком натягивает ленту; — при ослабленной стопорной гайке на верхнем барабане протягивается лента и под перьями устанавливается судовое время. В приборе 34 Н1 дополнительно проверяются и регулируются следующие узлы: — механизм дистанционного управления корректором; — механизм выключения затухания ; — индикатор положения ЧЭ по высоте (рассмотрен выше). 1. Проверка механизма дистанционной установки корректора осуществляется совместно с корректором прибора 1М. Первоначально, при отключенном питании, проверяется легкость вращения деталей корректора и отсутствие механических заеданий при вращении маховичка ручной установки корректора. При этом индекс шкалы корректора смещают от 0 до 30° и обратно. Для проверки отсутствия заеданий в механизме дистанционного управления корректором необходимо в приборе 34 Н1 шкале “Установка широты” установить отсчет 77-80°, а шкалу “Скорость” ручного согласования провернуть от 0 до 40 уз. В этом случае “Шкала поправок” должна повернуться от 0 до деления 30. После выполнения этих проверок шкалы “Установка широты” и “Скорость” устанавливаются в положение 0. При включении однофазного тока шкала поправок механизма дистанционного управления корректором и шкала корректора в приборе 1М должны устанавливаться в нулевом положении. Правильность установки шкал, исправность корректора и механизма дистанционного управления корректором проверяется также и по отсчетам на шкале корректора и на шкале поправок, которые должны соответствовать следующим значениям (при установке широты и скорости вручную). 157
  • 158. Широта, град 30 60 70 75 80 Скорость, уз 10 20 35 40 45 Отсчет по шкале поправок, град 2 14 18 27 30 При несовпадении отсчетов на шкале корректора и на шкале поправок необходимо выполнить согласование корректора шкалы механизма дистанционного управления. С этой целью сельсин шкалы поправок выводят с помощью маховичка ручной установки поправки из зацепления, устанавливают путем разворота ротора сельсина индекс корректора на нужный отсчет и вновь вводят в зацепление сельсин. В пределах нескольких делений рассогласование устраняется путем разворота статора сельсина. При любых отработках электродвигателя корректора, если вводится новая широта или скорость, в приборе 34Н1 должна гореть сигнальная лампа “Отработка корректуры”. В процессе проверки необходимо убедиться, что электродвигатель корректора при его дистанционной установке останавливается за счет срабатывания контактов при смещении индекса корректора на отсчеты 0 и 30. Во всех промежуточных положениях индекс корректора должен устанавливаться на отсчетах, соответствующих номограмме, расположенной на крышке корректора. Если электродвигатель корректора имеет обратное вращение, т.е. когда при установке шкалы поправок на больший отсчет индекс шкалы корректора стремится к уменьшению отсчета, то необходимо поменять местами два роторных конца у сельсина корректора, работающего в трансформаторном режиме. 2. Для предупреждения возникновения инерционной погрешности (2-го рода) у гирокомпасов в приборе 34 Н1 используется механизм выключения затухания, который должен срабатывать при рыскании судна (азимутальных отклонениях) на угол 57° и выключать затухания в ЧЭ, т.е. перекрывать сосуды масляного успокоителя. В этом случае в приборе 34Н1 должна загореться сигнальная лампа “Без затухания”. При возврате судна на курс с точностью 0,3° происходит выключение реле затухания, т.е. схема восстанавливается и сигнальная лампа гаснет. Проверка этого узла 158
  • 159. осуществляется рассогласованием следящей системы путем вращения валика исполнительного электродвигателя при выключенном усилителе (прибор 9Б). Реле выключателя затухания должно также срабатывать при ускорении судна более 2 уз/мин. Эта проверка выполняется на ходу судна. В этом случае при срабатывании реле, т.е. отключении масляного успокоителя, также должна загореться сигнальная лампа “Без затухания”. Рекомендуется при маневрировании судна в широтах выше 55° переключатель затухания устанавливать в положение “Автом. работа”, а при маневрировании в широте ниже 55° – только в положение “С затуханием”. 4.10.5. Проверки и регулировки прибора 4Д. Для контроля за значениями токов в трех фазах в приборе 4Д установлены три амперметра. Если в одной из фаз произойдет отклонение тока от номинального значения (рабочие токи) на величину 0,25 А, допустим, в пусковом режиме, или исчезнет одна из фаз, то сработает сигнальная система и загорятся сигнальные лампы “Отклонение тока” в приборах 10М и 34 Н1. Основным элементом сигнальной системы является токовый сигнализатор, расположенный в приборе 4Д, который имеет следующие проверки и регулировки. 1. При номинальных рабочих токах в цепях гирокомпаса подвижный контакт токового сигнализатора должен находиться вертикально, посередине между вывернутыми до предела неподвижными контактами (левым и правым). Если симметрия нарушена, то, вращая винты, регулирующие натяжение пружины, подвижный контакт устанавливают в среднее положение. 2. Зазор между подвижным и неподвижным контактами регулируется ввинчиванием винтов, размещенных на неподвижных контактах. Зазор должен быть таким, чтобы при отклонении тока на 0,25 А эти контакты замкнулись. Для изменения тока на 0,25 А достаточно замкнуть две любые фазы через сопротивление порядка 1 кОм, мощностью примерно 15 Вт. Можно вынуть и один из фазных предохранителей, имитируя исчезновение фазы. При этом также замкнутся контакты и сработает сигнальная система. 159
  • 160. 4.11. Использование пеленгаторов Пеленгаторы служат для взятия компасных пеленгов и курсовых углов наблюдаемых с судна предметов и небесных светил. Зная истинные значения направления створа или азимута светила, при помощи пеленгатора можно определить погрешность компаса В гирокомпасных установках типа «Курс» используются пеленгаторы двух видов: визирные и оптические. Последние имеют оптическую систему и позволяют наблюдать более удаленные предметы при значительно худших метеорологических условиях. Оптические пеленгаторы по сравнению с визирными являются более точными приборами. Рассмотрим пеленгаторы каждого вида отдельно. 4.11.1. Визирные пеленгаторы (Приборы 22М и 22А) В гирокомпасах «Курс-4» и «Курс-4М» используются визирные пеленгаторы двух марок: 22М и 22А. Первые применяются с репитерами малого габарита (приборами 19М), исполозуемыми для пеленгования, а вторые – с плеенгаторными репетерами (Приборами 19К). Конструктивно эти оба пеленгатора одинаковы и различаются только размерами некоторых деталей. Внешний вид визирного пеленгатора (Прибора 22А) показан на рис.4.21). Рис.4.21. Визирный пеленгатор (внешний вид) 160
  • 161. Пеленгатор представляет собой визир, состоящий из рамы (1) и дух мишеней: глазной (2) и предметной (3), которые укреплены на раме. Рама имеет форму пластины с двумя вырезами в виде окон. Рама оканчивается двумя лапками (4), при помощи которых пеленгатор удерживается сверху на азимутальном кольце репитера. Одна из этих лапок, расположенная со стороны предметной мишени, неподвижна, а другая, расположенная со стороны глазной мишени, может быть освобождена, когда пеленгатор надевается на репитер. Подвижная лапка крепится винтом (5). В средней части рамы имеется верхний и нижний направляющие штифты (6). Нижний штифт при установке пеленгатора на репитер попадает в отверстие центра верхнего защитного стекла репитера и тем самым центрирует пеленгатор на репитере. Верхний штифт служит направляющим для промежуточной штанги, устанавливаемой на пеленгатор. Глазная мишень представляет собой кронштейн, прикрепленный к раме пеленгатора. Посередине глазной мишени прорезана визирная щель (7), смотря через которую наводят пеленгатор на предмет или светило. Сверху к глазной мишени прикреплены на шарнире оправы двух светофильтров (8), которыми пользуются при пеленговании Солнца. Светофильтры могут устанавливаться так, что они будут перекрывать визирную щель. С внутренней стороны к глазной мишени закреплена в оправе (9) специальная трехгранная призма полного внутреннего отражения. Одна грань призмы обращена вниз к шкале репитера, а другая, перпендикулярная первой грани, обращена к глазу наблюдателя. В оправе призмы имеются отверстия, расположенные против граней, обращенных к шкале и глазу. Отверстия с боков закрыты специальными козырьками. Грань призмы, направленная вниз к шкале, выпуклая. Это позволяет видеть через призму изображение части шкалы, расположенной под призмой, в увеличенном виде. Так как цифры на шкале репитера нанесены в зеркальном изображении, то при наблюдении через призму они будут видны в прямом изображении. Одновременно через призму виден пузырек уровня, установленного под призмой поперек рамы пеленгатора, и индекс, пересекающий посередине поле зрения призмы вдоль оси рамы. Индекс предназначен для снятия отсчета по шкале, а уровень позволяет избежать боковых наклонов пеленгатора и появления ошибки в отсчете пеленга. 161
  • 162. У основания мишени, поперек рамы пеленгатора, сделана перекладина с двумя колонками (10), держась за которые вращают пеленгатор на репитере. Предметная мишень, расположенная на другом конце рамы пеленгатора, представляет собой длинную узкую рамку с окошком посередине. Рамка мишени укреплена на шарнире и при надобности может складываться с рамой пеленгатора. Вдоль окошка рамки предметной мишени, по ее середине, натянута тонкая проволока (11), которая продолжается вдоль окна в раме пеленгатора, идя к его центру. Проволока в предметной мишени, прорезь в глазной мишени, а также индекс под призмой и риска у основания глазной мишени лежат в одной визирной плоскости пеленгатора, являющейся одновременно и плоскостью его симметрии. К рамке предметной мишени на особом кронштейне прикреплено плоскопараллельное двухстороннее зеркало (12). Это зеркало может вращаться в шарнире, ось которого расположена перпендикулярно визирной плоскости пеленгатора. Зеркалом пользуются при пеленговании светил, высоты которых большие и не позволяют наблюдать светило непосредственно через пеленгатор. Зеркало устанавливается под нужным углом, и пеленгуется изображение светила в зеркале. Темной стороной зеркала пользуются для пеленгования Солнца, а светлой стороной — звезд и Луны. При проверке правильности показаний гирокомпаса исходят из того, что значение полученной из наблюдений поправки гирокомпаса должно быть по абсолютной величине равно его скоростной погрешности. Для получения поправки гирокомпаса пеленгуются небесные светила или береговые предметы, истинные пеленги которых известны. 4.11.2. Оптический пеленгатор (прибор ПГК-2) Пеленгатор ПГК-2, используемый в гирокомпасах «Курс-4» и «Курс 4М», рассчитан для установки на пеленгаторный репитер (прибор 19К). Внешний вид оптического пеленгатора показан на рис. 4.22. В пеленгаторе ПГК-2 имеются две оптические системы: телескопическая — для пеленгования и микроскопическая—для снятия отсчета по картушке репитера. Схематический чертеж пеленгатора приведен на рис. 4.23. 162
  • 163. Телескопическая система пеленгатора включает в себя объектив (1) трубы, внутренние сменные светофильтры (2), большую призму-крышу (3) объектива, сетку (4) и окуляр (5). В микроскопическую систему входят те же окуляр и сетка, малая призма-крыша (6) микроскопа, объектив (7) микроскопа и защитное стекло (8). Сверху на корпусе прибора ПГК-2 укреплен визирный пеленгатор, предназначенный для грубого наведения трубы прибора на предмет. Этот пеленгатор имеет две мишени: глазную (9) и предметную (10). К глазной мишени укреплены в оправе два наружных светофильтра (11). Обе мишени укреплены на шарнирах и могут складываться. Рис. 4.22. Оптический пеленгатор (внешний вид) В передней части прибора ПГК-2 имеется зеркало (12), с помощью которого пеленгуется отражение светил. Как и у визирного пеленгатора, это зеркало вращается на шарнире, ось которого перпендикулярна оптической оси прибора. Зеркало имеет две отражающие стороны: темную и светлую. Прибор ПГК-2 устанавливается сверху на азимутальном кольце репитера и удерживается на нем при помощи двух лапок (13), устро163
  • 164. Рис. 4.23. Схематический чертеж оптического пеленгатора енных аналогично лапкам рассмотренного выше визирного пеленгатора (прибора 22А). Ниже защитного стекла микроскопа поперек основания прибора укреплен уровень (14), имеющий то же назначение, что и уровень визирного пеленгатора. 164
  • 165. Через телескопическую систему прибора благодаря наличию призмы-крыши наблюдается прямое изображение пеленгуемого предмета. Для наведения пеленгатора на предмет его видимое изображение совмещается с нитью сетки, натянутой вертикально. Поле зрения трубы прибора (рис. 4.24) делится диафрагмой на две часРис. 4.24. Поле зрения трубы ти: нижнюю и верхнюю. Нитью сетки то же поле зрения трубы делится две равные половины: правую и левую. На диафрагме на одной вертикальной линии с нитью сетки сделан указатель, имеющий вид стрелки. Сверху на указатель нанесен светящийся состав постоянного действия, вследствие чего указатель виден и ночью. Указатель служит для ночного пеленгования, когда нить сетки не видна. Изображение предмета, полученное с помощью телескопической системы, видно в верхней части поля зрения трубы, а изображение части шкалы картушки (в которой расположен отсчет пеленга), полученное с помощью микроскопической системы, видно через прямоугольный вырез в диафрагме в нижней части поля зрения трубы. Микроскоп дает перевернутое изображение цифр шкалы, а так как они на шкале репитера нанесены в перевернутом (зеркальном) изображении, то цифры шкалы, наблюдаемые через окуляр, будут видны в привычном для нас начертании. Когда пеленгатором не пользуются, его оптика закрывается снаружи: объектив — откидной крышкой (15), а окуляр — съемным колпачком (16). Вся оптическая система плотно закрыта, что предохраняет оптику от пыли и отпотевания. Диск с внутренними светофильтрами вращается ручкой (17), расположенной с левой стороны прибора, а установка окуляра по глазу наблюдателя производится вращением обоймы (18) с накаткой, нанесенной с наружной стороны трубки окуляра. С правой стороны прибора имеется круглая головка (19) с накаткой; вращая головку, микроскоп фокусируют на резкость изображения шкалы репитера и уровня. Для удобства наблюдения к трубе окуляра прикреплен резиновый наглазник (20). 165
  • 166. 5. ГИРОКОМПАС “КУРС-4М” (С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ) 5.1. Основные технико-эксплуатационные характеристики. Комплектация. Устройство отдельных приборов комплекта гирокомпаса. Гирокомпасная система “Курс-4М” (с воздушным охлаждением) предназначена для непрерывной автоматической выработки гирокомпасного курса объекта относительно географического меридиана и передачи его потребителям при работе в следующих условиях: — широта плавания до 70°; — скорость объекта до 25 уз; — бортовая качка с амплитудой до 20°, периодом 12-14 с; — килевая качка с амплитудой до 10°, периодом 6-7 с; — рыскание с амплитудой до 5°, периодом не менее 10 с; — температура окружающего воздуха от +5 до +40°С. Гирокомпасная система имеет следующие основные технические характеристики: напряжение трехфазного тока питания 110-125 гирокомпаса, В (Гц) (330) точность показаний гирокомпаса на неподвижном основании, град ±0,2 изменение показания “от пуска к пуску”, град, не более ±0,5 точность показаний при движении объекта с постоянной скоростью и неизменным курсом, град ±1,0 рабочая температура поддерживающей жидкости, °С +49 ±2 чувствительность следящей системы, град, не хуже ±0,15 количество принимающих, с время 10 время отработки следящей системой угла 15 рассогласования 90° в разные стороны, с, не более число колебаний следящей системы у положения равновесия при отработке угла 90°, не более 5 В состав гирокомпасной системы входят: 1МВ (основной), прибор 4Д или 4Д1 (пусковой), прибор СД, прибор 9Б или прибор 9В (трансляционноусилительный), прибор 10М (сигнальный), прибор 29 (посткорректор), прибор 19Н (репитер пеленгаторный), прибор 38Н (репитер с подвесом), пелорус 20М, прибор 15А (коробка разветвительная), прибор 23Т3 (курсограф), прибор типа 34 (пульт штурманский), преобразователь типа 166
  • 167. АМГ200 ОМ5 или АМГ4, пеленгатор оптический ПГК2. Приборы СД, 4Д1 и преобразователь типа АМГ4 применяются в гирокомпасных системах, питающихся от судовой сети постоянного тока. Модификация и количество приборов комплекта определяются комплектацией гирокомпасной системы. Приборы 4Д, 9Б, 10М, 19Н, 38Н, 20М, 15А в принципе не отличаются по конструкции и имеют такое же назначение, как и подобные приборы гирокомпасных систем типа “Курс” ранних выпусков. Поэтому в дальнейшем их рассматривать не будем. 5.1.1. Основной прибор (1МВ) Основной прибор (1МВ) предназначен для автоматической выработки гирокомпасного курса объекта и включает следующие осовные части: элементы следящей системы, стол, нактоуз с кардановым подвесом, резервуар, систему термостабилизации, устройство ускоренного приведения чувствительного элемента в меридиан, корректор-механизм, гиросферу. К элементам следящей системы в основном приборе 1МВ относятся следящая сфера и азимутмотор. Следящая сфера состоит из верхней чаши с коллектором, нижней чаши, токопроводящих колец, щеток, смотровых стекол и датчика момента для ускоренного приведения чувствительного элемента (ЧЭ) в меридиан (у гирокомпаса ”Курс-4” датчик момента для ускоренного приведения ЧЭ в меридиан расположен на наружной стороне резервуара). Верхняя чаша следящей сферы (СС) имеет в верхней части втулку, на которой крепится коллектор. Втулка крепится в подшипниках стола прибора 1МВ. Каркасы следящих чаш выполнены из алюминиевого сплава. С наружной стороны чаши покрыты эбонитом полностью, с внутренней стороны частично. На полюсах следящих чаш на внутренней поверхности расположены электроды, или так называемые полярные шапки, представляющие собой токопроводящее графитоэбонитовое покрытие. В центре полярных шапок имеются отверстия для прохождения поддерживающей жидкости в следящую сферу. Отверстия имеются также в смотровых стеклах, расположенных между верхней и нижней чашами. По рискам на смотровых стеклах можно следить за положением гиросферы относительно следящей сферы. 167
  • 168. Верхнее и нижнее токопроводящие кольца изготовлены из латуни, покрыты эбонитом и имеют с внутренней стороны по три токопроводящих графитоэбонитовых дуги. Коллектор, закрепленный на верхней чаше, представляет собой втулку, покрытую электроизоляционным материалом. На втулке расположено 10 контактных колец, отделенных друг от друга изоляционными кольцами (у гирокомпаса «Курс-4М» на втулке расположено всего 6 контактных колец). Проводники от контактных колец проходят внутри втулки по радиальным сверлениям верхней цилиндрической части чаши, выводятся наружу и приклеиваются к поверхности верхней чаши, которая покрыта эбонитом. Заканчиваются проводники на контактных пластинах, расположенных также под эбонитовым слоем. Пластины с помощью контактных винтов соединены с электродами. Подача трехфазного тока в ЧЭ для питания гиромоторов, обмотки электромагнитного дутья и обмотки реле выключения затухания осуществляется непосредственно через поддерживающую жидкость. Поддерживающая жидкость состоит из дистиллированной воды, глицерина, добавляемого для получения нужной плотности, буры, необходимой для создания электропроводности, и формалина, препятствующего развитию в жидкости микроорганизмов. Подача электрического тока в ЧЭ происходит следующим образом. На внутренней поверхности следящей сферы имеются три графитоэбонитовых токопроводящих электрода: один электрод в виде полярной шапки наверху, второй, подобный первому, внизу и третий в виде двух электрически соединенных между собой токопроводящих колец расположен по экватору. Остальная часть внутренней поверхности следящей сферы покрыта слоем изолирующего эбонита. Противоположно трем электродам следящей сферы расположены графитоэбонитовые электроды на гиросфере. Токи между электродами следящей сферы проходят следующим образом (рис.5.1.): 168
  • 169. Рис.5.1. Схема питания ЧЭ а) с первого (сверху) кольца коллектора поступает первая фаза (клемма 27) на верхнюю полярную шапку следящей сферы и через поддерживающую жидкость к верхней полярной шапке гиросферы; б) с третьего кольца коллектора вторая фаза (клемма 28) подается к нижней полярной шапке следящей сферы и через поддерживающую жидкость к нижней шапке гиросферы; в) с пятого кольца коллектора третья фаза (клемма 29) подается на экваториальные токопроводящие кольца следящей сферы и через поддерживающую жидкость к экваториальным поясам гиросферы; г) с седьмого и девятого колец коллектора через электроды 30 и 31 следящей сферы, через поддерживающую жидкость к соответствующим электродам широкого полупояса гиросферы; д) с десятого кольца коллектора через электрод 55 следящей сферы, через поддерживающую жидкость и электрод 55 на гиросфере к реле включения затухания; е) со второго, четвертого, шестого и восьмого колец коллектора на контактные пластины 1, 2, 3, 4 следящей сферы и с последних непосредственно на контактные штыри 1, 2, 3, 4 датчика мо169
  • 170. мента ускоренного приведения в меридиан. Ввиду большого расстояния между фазными электродами следящей сферы, а следовательно, и большого сопротивления поддерживающей жидкости между ними, утечка тока между фазами весьма незначительна. При прохождении переменного тока через поддерживающую жидкость электролиза не происходит. Стол прибора 1МВ предназначен для подвеса следящей сферы. Он закрывает резервуар с поддерживающей жидкостью, и, кроме того, на нем расположен ряд элементов для подвода электропитания, регулировки и контроля работы основного прибора. К таким элементам относятся: штепсельный разъем, щеткодержатели со щетками, термометр, замыкатель ревуна. На столе прибора установлен корректор (механизм 9). Для доливки поддерживающей жидкости в резервуар в столе имеется заливное отверстие с пробкой. Между столом и резервуаром есть уплотнение в виде резинового шнура. Стол, закрывающий резервуар сверху, притягивается винтами к фланцу резервуара. При этом резиновый шнур оказывается зажатым между столом и резервуаром. Благодаря такому уплотнению поддерживающая жидкость не выливается из резервуара при качке судна. Стол и элементы, расположенные на нем, закрыты кожухом, который защищает их от попадания пыли с потоком охлаждающего воздуха. Кожух состоит из двух металлических колпаков – верхнего и нижнего. Нижний колпак крепится к фланцу стола. На верхнем имеется круглое застекленное окно для наблюдения за шкалами. Верхний колпак съемный, что обеспечивает доступ к элементам на столе во время регулировки прибора и проведения профилактических работ. Нактоуз с кардановым подвесом (рис. 5.2.) служит для установки всех деталей и элементов прибора 1МВ. Он состоит из литого корпуса цилиндрической формы, основания и крышки (на рисунке не показана) с застекленными окнами и отверстиями для выхода потока охлаждающего воздуха. В нижней части нактоуза расположен сегментный блок с электроэлементами. В этом блоке расположены: реле РЭН34, блок термостабилизации, плата с электроэлементами (резисторами, конденсаторами, диодами). Здесь же закреплены пакетные переключатели системы охлаждения и устрой170
  • 171. ства ускоренного приведения ЧЭ в меридиан, ручки которых выведены на лицевую поверхность сегментного блока. С помощью ручки “Охлаждение” устанавливается автоматический или аварийный режим работы системы охлаждения, а с помощью ручки “Приведение в меридиан” подается напряжение на датчик момента для ускоренного приведения ЧЭ в меридиан. В нижней части цилиндрического корпуса закреплена шкала установки прибора 1МВ параллельно диаметральной плоскости судна и исключения постоянной погрешности в его показаниях. На корпусе прибора, выше сегментного блока, установлены переключатель “Подогрев” и тумблер “Освещение”. Вертикальные пружины служат для амортизации резервуара в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Пружины, расположенные в горизонтальной плоскости, служат для амортизации резервуара при возникновении крутящих моментов относительно вертикальной оси прибора 1МВ. Резервуар представляет собой котел алюминиевого сплава, имеющий по наружной поверхности оребрение для повышения теплоотдачи. В верхней части нактоуза имеется закрываемое легкосъемной крышкой окно, позволяющее наблюдать за положением ЧЭ и обеспечивающее доступ внутрь прибора. Прибор 1МВ соединяется с другими приборами кабелями и четырьмя штепсельными разъемами, расположенными в нише нижРис.5.2. Нактоуз ней части нактоуза. Подвес прибора состоит из внутреннего и наружного кардановых колец. К внутреннему кардановому кольцу на вертикально расположенных пружинах подвешено еще одно кольцо, к которому винтами крепится резервуар. В него заливается поддерживающая жидкость и загружается следящая сфера с чувствительным элементом. Внутри резервуар покрыт слоем графитоэбонитовой смеси, предохраняющим металл от коррозии, а поддерживающую жидкость – от окисления. В средней части 171
  • 172. резервуара имеется смотровое окно для наблюдения за гиросферой при работе прибора. На наружную поверхность резервуара надет кожух из листовой стали, который служит для направления потока охлаждающего воздуха. В нижней части кожуха имеется ниша, в которой установлен кольцевой нагреватель типа ТЭН для нагрева жидкости. На корпусе прибора, выше сегментного блока, установлены переключатель “Подогрев” и тумблер “Освещение”. На нижнем срезе кожуха с помощью кольцевого кронштейна крепится вентилятор. В верхней части резервуара в специальных приливах установлены две ампулы, в которых находятся термодатчики, залитые эпоксидным компаундом. Система термостабилизации. Работа ЧЭ связана с выделением тепла, вызывающего нагрев поддерживающей жидкости и, следовательно, изменение ее плотности. При изменении плотности меняется положение гиросферы по высоте в следящей сфере, что влияет на точность показаний гирокомпаса. Кроме того, сильный перегрев жидкости может привести к повреждению эбонитового покрытия деталей и выходу прибора из строя. Для предотвращения этих явлений служит система термостабилизации, которая автоматически поддерживает температуру жидкости в рабочем диапазоне (49 ± 2)°С при изменении температуры воздуха в гиропосту от +5 до +40°С. Система термостабилизации работает в релейном режиме и состоит из датчиков-терморезисторов, двух блоков термостабилизации, исполнительных реле, вентилятора и нагревателя типа ТЭН. Устройство и назначение корректора и гиросферы такое же, как и у гирокомпасной системы “Курс-4”, рассмотренной ранее. 5.1.2.Трансляционно-усилительный прибор (9В) Прибор 9В может использоваться в гирокомпасных системах типа “Курс” как ранних выпусков, так и поздних. Этот прибор предназначен для усиления и отработки сигнала рассогласования между следящей сферой и гиросферой, а также трансляции курса потребителям. Прибор 9В используется в комплектациях гиросистем типа “Курс”, имеющих большое число принимающих. Принципиальная схема трансляционноусилительного прибора 9В показана на рис.5.3. 172
  • 173. Прибор состоит из двух узлов, установленных в корпусе. Один узел представляет собой магнитный усилитель, второй – механизм курса, состоящий из тахогенератора АДП-1121, исполнительного электродвигателя АДП-363 и связанных с ним с помощью редуктора двух сельсиновдатчиков курса НД 511 НА. Усилитель состоит из входного выпрямительного каскада и двух усилительных каскадов. Во входной выпрямительный каскад входят трансформатор ТУ-305 и два выпрямителя В1 и В2. Первый усилительный каскад включает в себя два усилительных дросселя Др1 и два выпрямителя В3 и В4, второй – два усилительных дросселя Др2, выпрямитель В5 и потенциометр R5. К усилителю также относится трансформатор ТУ-306, который выдает напряжения во все три каскада. Вход усилителя подключается к электродам 30 и 31 прибора 1МВ. Выходной усилительный каскад работает аналогично усилителю прибора 9Б, и при отсутствии сигнала на входе усилителя через управляющие обмотки дросселей Др2 протекают равные начальные токи. Вследствие этого индуктивные сопротивления XL рабочих обмоток дросселей Др2, включенных по мостовой схеме, равны и в управляющих обмотках исполнительного электродвигателя АДП-363, включенных в диагональ моста, ток отсутствует. В случае рассогласования следящей сферы с ЧЭ на входе усилителя появится сигнал. В плечах входного и первого усилительного каскадов протечёт разный ток. Разный по величине ток будет протекать и в управляющих обмотках дросселей Др2 второго усилительного каскада, вследствие чего изменится индуктивное сопротивление XL рабочих обмоток дросселей. В управляющей обмотке электродвигателя АДП-363 появится ток. Обмотка возбуждения электродвигателя постоянно включена под напряжением 330 Гц, 120 В. При возникновении тока в обмотке управления электродвигатель начинает отрабатывать угол вращения и рассогласования. 173
  • 174. Рис.5.3. Принципиальная электрическая схема магнитного усилителя трансляционно-усилительного прибора 9В При изменении фазы сигнала рассогласования на входе усилителя направление вращения электродвигателя АДП-363 изменится. С трансформатора ТУ-306 во входной и первый усилительный каскады подается опорное напряжение, с фазой которого сравнивается фаза входного сигнала. Кроме того, во второй усилительный каскад через выпрямитель подается напряжение для запитки обмоток 174
  • 175. подмагничивания дросселей Др2, т.е. для выбора рабочей точки характеристики дросселя. Ток в обмотках подмагничивания регулируется потенциометром R5. О рассогласовании следящей сферы с чувствительным элементом сигнализирует лампа МН-3, включенная в обмотку входного трансформатора ТУ-305. Напряжение с этой обмотки используется для питания сигнальных ламп в приборах 10М и 34. Для рассогласования следящей сферы, при проверке ее параметров в схеме усилителя, предусмотрен тумблер на три положения с фиксацией в среднем. При установке тумблера в одно из крайних положений шунтируется обмотка управления одного из дросселей Др1 первого усилительного каскада, что аналогично рассогласованию следящей сферы с гиросферой. Электродвигатель АДП-1121 используется в приборе в качестве тахогенератора, осуществляющего отрицательную обратную связь по скорости изменения угла рассогласования. Этим обеспечивается демпфирование следящей системы при больших скоростях отработки. 5.1.3. Пост-корректор (прибор 29) Прибор 29 предназначен для ввода в показания прибора 1МВ скоростной поправки. Прибор представляет собой корпус со съемной крышкой. Внутри прибора установлены: поворотный диск, принимающий сельсин БС-1404, стрелка-указатель и электро-контакты. На поворотном диске нанесены шкалы скоростей для различных широт. Для широт вблизи экватора имеется одна общая шкала от 0 до 10°. С увеличением широты интервалы между шкалами суживаются, для широт от 70° до 75° на каждый градус имеются отдельные шкалы. При этом, чем больше широта, тем больше расстояние между делениями соответствующей шкалы скоростей. Перестановка шкал в зависимости от широты плавания судна производится вручную специальным маховиком, расположенным на лицевой стороне прибора. Дистанционный ввод скоростной поправки из прибора 29 в механизм 9 прибора 1МВ производится следующим образом. В приборе 29 вручную устанавливается шкала скорости хода судна для широты района его плавания. Затем поворотом маховика включаются контакты и удерживаются во включенном положении до тех пор, пока стрелкауказатель не достигнет необходимого деления скорости на 175
  • 176. шкале. Начальное положение стрелки-указателя в нулевое положение должно совпадать с нулем каждой широтной шкалы. Для установки стрелки-указателя в нулевое положение необходимо освободить малую шестеренку принимающего и поворачивать большую шестеренку до тех пор, пока стрелка на ней не совпадет с нулем шкалы. После этого вновь ввести в зацепление обе шестеренки. Во время установки датчик механизма 9 прибора 1МВ и принимающий прибора 29 должны быть под током. Шкала прибора 29 освещается лампочкой. Для регулировки освещения имеется реостат. 5.1.4. Штурманский пульт (34ПМ) Конструкция штурманского пульта 34 Н1 рассматривалась ранее. Однако, в некоторых комплектациях гирокомпасных систем типа “Курс”, и в частности в системах “Курс-4М” с воздушным охлаждением, в составе комплекта может использоваться штурманский пульт типа 34ПМ. Прибор 34ПМ обеспечивает контроль за работой гирокомпасной системы, индикацию и автоматическую запись курса судна, дистанционный ввод скоростной поправки курса в прибор 1МВ, ручное выключение затухания. Прибор смонтирован в литом корпусе с открывающейся крышкой. На крышке прибора расположены сигнальные табло “Отклонение тока”, “Рассогласование следящей системы”, “Отклонение температуры”, кнопки дистанционного управления корректором, ручка регулировки освещения шкал и ленты курсографа, вольтметр. На внутренней стороне крышки тумблер “Затухание” для выключения затухания чувствительного элемента в приборе 1МВ. В корпусе прибора размещены: — в правой части: курсограф, механизм репитера, тумблер “Приемник курса”, потенциометр регулировки толщины линии записи; — в левой верхней части: плата блока питания, переключатель “Питание”; — в левой нижней части: механизм дистанционного управления корректором, ревун. Механизм указания и записи курса имеет два самостоятельных узла: механизм репитера и курсограф, работающие от одного принимающего типа БС-1404. Курсограф воспроизводит все изменения курса судна. По устройству курсограф аналогичен прибору 23Т3 и 176
  • 177. отличается повышенной точностью записи курса по времени за счет использования в нем стабилизированного по частоте питания двигателя лентопротяжного механизма. Механизм репитера предназначен для указания курса и состоит из шкал точного и грубого отсчетов и курсовой черты. Согласование показаний механизма указания и записи курса с показаниями основного прибора 1МВ производится вручную при отключенных двух фазах обмотки репитера. Для отключения двух фаз обмотки тумблер “Приемник курса” устанавливается в положение “Откл”. Для обеспечения требуемой точности работы лентопротяжного механизма питание двигателя ДСР2 в приборе осуществляется стабилизированным по частоте напряжением однофазного тока 50 Гц, 220В, вырабатываемым блоком питания соответственно при установке переключателя в положение “Стабилиз.” Механизм дистанционного управления корректором включает в себя сельсин-приемник, барабан и кнопки управления. На барабане нанесен ряд шкал скоростей для различных широт (0°-75°). Перестановка шкал в зависимости от широты плавания объекта производится вручную ручкой, расположенной на левой боковой стороне прибора. Сельсин-приемник связан с датчиком, находящимся в механизме 9 прибора 1МВ, и отрабатывает заданное датчиком смещение верхнего диска механизма 9. Кнопки предназначены для управления реверсивным электродвигателем СЛ-262, расположенным в механизме 9 и перемещающим каретку его верхнего диска. Ввод скоростной поправки из прибора 34ПМ в механизм 9 прибора 1МВ производится следующим образом. В приборе 34ПМ ручкой устанавливается шкала скорости для широты района плавания объекта. Кнопка “Скорость хода увелич.” нажимается до тех пор, пока стрелка-указатель над шкалой скорости не достигнет значения скорости объекта. Для установки стрелки-указателя в нулевое положение (скорость объекта равна нулю) необходимо нажать кнопку “Скорость хода уменьш.” К сигнально-измерительной аппаратуре прибора относятся: ревун, вольтметр для контроля напряжения 330 Гц, 120 В, сигнальные лампы “Отклонение тока”, “Рассогласование следящей системы”, “Отклонение температуры”. Преобразователь типа АМГ-200 ОМ 5 предназначен для преобразования трехфазного переменного тока судовой сети частотой 50 Гц, 177
  • 178. напряжением 220 или 380 В в трехфазный ток частотой 330 Гц, напряжением 120 В. Для питания гирокомпасной системы “Курс-4М” применяется преобразователь АМГ-211А ОМ 5 от судовой сети напряжением 220 В или АМГ-221А ОМ 5 от судовой сети напряжением 380 В. Преобразователь состоит из машинного агрегата (электродвигателя и генератора), выполненного в одном корпусе, и блока регулирования частоты. Электродвигатель агрегата представляет собой ассинхронную машину с короткозамкнутым ротором, генераторсинхронную машину с постоянными магнитами. 5.2. Эксплуатация гирокомпаса «Курс-4М» 5.2.1. Подготовка гирокомпаса к пуску Перед каждым пуском гирокомпаса необходимо произвести осмотр всех его приборов. Особенно тщательно производится осмотр приборов гирокомпаса при первом запуске или после длительного перерыва в его работе. Осмотр производится в следующем порядке: — проверяется по формуляру наличие приборов, входящих в комплектацию данного изделия; — проверяется наличие и исправность предохранителей и ламп, надежность их посадки в гнезда и патроны, соответствие предохранителей номиналам; — в приборе 34ПМ переключатель “Питание ДСР2” необходимо поставить в положение “Стабилиз.”; — проверяется легкость хода вращающихся и перемещающихся частей вручную; — замеряется уровень поддерживающей жидкости в приборе 1МВ, при необходимости жидкость доливается; — перед первым пуском проверяется электрический монтаж приборов путем прозвонки жил кабеля; — проверяется готовность к работе курсографа. 5.2.2. Пуск гирокомпаса производится в следующей последовательности: — проверяется положение тумблера в приборе 9Б (тумблер должен стоять в положении “Отключено”); 178
  • 179. — переключатель “Однофазный ток” в приборе 4Д ставится в положение “Включено”. При этом в приборе должна загорется лампа “Однофазный ток”; — переключатель “Судовая сеть” в приборе 4Д ставится в положение “Пуск”. На приборе должна загореться при этом сигнальная лампа “Судовая сеть”, и через 5-6 с после разгона агрегата питания переключают пакетник “Судовая сеть” в положение “Работа”, все три амперметра 4Д должны показать пусковые токи. Переключатели “Однофазный ток” и “Судовая сеть” необходимо вращать всегда по часовой стрелке; — сразу после запуска гирокомпаса необходимо перевести тумблер в приборе 9Б (9В) в положение “Включено”; — проверяется согласованность следящей сферы с чувствительным элементом, а также всех принимающих с прибором 1МВ. При необходимости производится согласование; — переключатель “Подогрев” устанавливается в положение “Автом. работа”. Если температура окружающего воздуха выше +15°С, переключатель “Подогрев” может быть переведен в положение “Отключено”, после того как температура поддерживающей жидкости достигнет рабочего уровня (+49 ± 2)°С; — включить систему охлаждения установкой переключателя “Охлаждение” в положение “Аварийная работа”. При этом необходимо убедиться, что воздушный поток движется вверх. После этого переключатель “Охлаждение” устанавливается в положение “Автом. работа”; — согласуется по времени курсограмма в приборах 34ПМ, 23Т3; — проверяется горизонтальность стола прибора 1МВ по уровню; — проверяется положение чувствительного элемента по высоте; — проверяются и регулируются отдельные узлы и приборы; — после прихода гирокомпаса в меридиан определяется его поправка. 5.2.3. Остановка гирокомпаса производится в следующей последовательности: — переводится тумблер в приборе 9Б (9В) в положение “Отключено”; — переключатель “Однофазный ток” в приборе 4Д ставится в положение “Отключено”; 179
  • 180. — переключатель “Судовая сеть” в приборе 4Д устанавливается в положение “Отключено”. После выключения необходимо осмотреть все приборы гирокомпасной системы, протереть стол и внутренность нактоуза прибора 1МВ чистой марлей. 5.2.4. Ускорение приведения чувствительного элемента в меридиан. При необходимости сразу после пуска чувствительный элемент может быть приведен в меридиан ускоренно. Для этого необходимо знать курс объекта с точностью до 1°. Ускоренное приведение чувствительного элемента в меридиан производится в следующем порядке: 1) действуя переключателем “Приведение в меридиан” прибора 1МВ, приведите чувствительный элемент к меридиану, контролируя его движение по шкале прибора 1МВ. Во время ускоренного приведения следите за ЧЭ и в случае подъема или опускания экваториальной линии ЧЭ более чем на 5-7 мм “притормаживайте” его движение, устанавливая рукоятку переключателя в положение, противоположное предыдущему, до тех пор, пока экваториальная линия не займет положение, близкое к горизонту; 2) когда ЧЭ займет положение, близкое к меридиану, кратковременным переключением датчика моментов удерживайте чувствительный элемент в меридиане в течение 20-30 мин. 5.2.5. Проверки и регулировки гирокомпаса. Проверка системы термостабилизации Проверки системы термостабилизации необходимо производить по результатам наблюдений за показаниями термометра, установленного на столе прибора 1МВ, в установившемся режиме работы гирокомпаса (не ранее чем через 2-3 ч после включения прибора). При замене двигателя вентилятора необходимо проверить направление вращения электродвигателя, поставив переключатель “Охлаждение” в положение “Аварийная работа”. При правильном подключении поток воздуха должен обдувать резервуар снизу вверх. Если двигатель вращается в обратную сторону, необходимо поменять местами две фазы на клеммах электродвигателя. 180
  • 181. Регулирование системы термостабилизации проводится в том случае, если установившаяся температура поддерживающей жидкости не равна (+49±2)°С, и разделяется на: 1) регулирование блока термостабилизации У2 (при температуре в гиропосту выше +15°С); 2) регулирование блока термостабилизации У3 (при температуре в гиропосту ниже +15°С). Регулирование блока термостабилизации У2 необходимо производить в следующей последовательности: — установить переключатель “Охлаждение” в положение “Автоматическая работа”; — вращая ручку потенциометра блока термостабилизации У2, отрегулировать включение вентилятора так, чтобы температура поддерживающей жидкости удерживалась в диапазоне 48,5-49,5°С. Регулирование блока термостабилизации У3 необходимо производить в следующей последовательности: — установить переключатель “Подогрев” в положение “Автом. работа”; — вращая ручку потенциометра блока термостабилизации У3, отрегулировать температуру включения электронагревателей так, чтобы температура поддерживающей жидкости удерживалась в диапазоне 48,5-49,5°С. Порядок проверок и регулировок остальных узлов и механизмов гирокомпаса “Курс-4М” принципиально не отличается от аналогичных проверок и регулировок, описанных при рассмотрении гироскопических указателей курса ранних выпусков. 5.3. Разборка и сборка основного прибора гирокомпаса Как правило, разборка и сборка основного прибора гирокомпаса производится при замене ЧЭ или поддерживающей жидкости, а также при устранении неисправностей (повреждений) следящей сферы. Характерными внешними признаками, требующими выполнения этих работ, можно считать следующие: 1) изменчивость поправки гирокомпаса, выходящей за допустимые пределы; 2) неустойчивость ЧЭ в меридиане; 3) помутнение поддерживающей жидкости; 4) изменение рабочих токов и т. д. 181
  • 182. Перед разборкой прибора 1М необходимо: — из ЗИПа достать подставку для ЧЭ и элементы для сборки треноги, собрать треногу; — подготовить ключи для отдачи крепежных болтов стола компаса и гаек системы охлаждения; — подготовить ветошь и емкость для переливания поддерживающей жидкости. Порядок разборки гирокомпаса следующий (рекомендуется выполнять вдвоем): — отсоединить штепсельные разъемы на столе прибора; — отсоединить штуцеры системы охлаждения; — вывернуть болты, крепящие стол компаса к внутреннему кардановому кольцу (рекомендуется отдавать их симметрично); — отвернуть ключом до верхнего края резьбы две контргайки на рукоятках, служащих для подъема стола компаса, и затем, вкручивая эти рукоятки, “подорвать” стол с направляющих штифтов; — соблюдая осторожность, без наклонов приподнять за рукоятки стол компаса и следящую сферу над резервуаром и, дождавшись, пока вытечет вся жидкость из нижней части следящей сферы в резервуар, поставить стол со следящей сферой на треногу; — вывернуть на следящей сфере прижимной контакт фазы 28; — отдать все эбонитовые гайки, крепящие нижнюю полусферу с верхней, оставив только две взаимно противоположные, допустим 30 и 31, после чего один из разбирающих поддерживает нижнюю полусферу руками, а второй – отдает оставшиеся две гайки. Затем нижняя полусфера вместе с гиросферой без перекосов опускается вниз и гиросфера из полусферы переносится на подставку. При этом следует обращать внимание, что гиросферу запрещается переворачивать и наклонять на угол более 30°, так как это может привести к выходу гиросферы из строя. После выполнения вышеперечисленных операций необходимо произвести внимательный осмотр поверхностей гиросферы, следящей сферы и резервуара, обращая внимание на отсутствие механических повреждений, трещин, выпуклостей, чистоту поверхности электродов и т. д. Если на электродах налет, то их необходимо зачистить мягкой стеклянной шкуркой и затем протереть марлей, смоченной в спирте (у нового ЧЭ зачищать электроды шкуркой не нужно, достаточно только протереть поверхность). Если целью разборки основного прибора была замена поддерживающей жидкости, то необходимо из резервуара выбрать старую 182
  • 183. жидкость, тщательно промыть его внутреннюю поверхность и при наличии готовой поддерживающей жидкости залить ее в резервуар. При отсутствии готовой поддерживающей жидкости ее можно приготовить, если есть следующие компоненты: вода дистиллированная – 13 л, глицерин плотностью 1,25 г/см – 2,5 л, бура (натрий тетраборнокислый) – 14,3 г и формалин технический 40 %-ный – 0,1 л. Для приготовления поддерживающей жидкости необходимо: — отмерить в стеклянную бутыль или в резервуар прибора 1М 10 л дистиллированной воды (3 л оставить для ополаскивания); — влить в дистиллированную воду 0,1 л формалина; — влить в полученный раствор 2,5 л глицерина. Емкость, в которой находится глицерин, необходимо ополоснуть дистиллированной водой и слить ее в резервуар или сосуд, в котором готовится жидкость; — подогреть в эмалированной посуде 0,5 л дистиллированной воды до температуры 40°-50°С и растворить в ней 14,3 г буры. Этот состав также перелить в общую емкость с раствором, а посуду ополоснуть дистиллированной водой и слить ее в общий раствор; — полученную смесь тщательно перемешать. Правильность приготовления поддерживающей жидкости проверяется денсиметром, находящимся в ЗИПе. Плотность поддерживающей жидкости при температуре 20° С равна 1,042 г/см , при 15° С – 1,043 г/см, при 25° С – 1,040 г/см. Допуск на плотность составляет 0,005 г/см. Жидкость должна быть прозрачной, допускается розовый оттенок. Температура замерзания жидкости −4° С. Срок службы поддерживающей жидкости ≈ 1 год. Количество поддерживающей жидкости в резервуаре до загрузки ЧЭ должно быть таким, чтобы она закрывала три четверти смотрового стекла, установленного на резервуаре. Сборка прибора 1М осуществляется в следующем порядке: — подготовить ЧЭ для загрузки, для чего после внешнего осмотра его необходимо аккуратно опустить в нижнюю чашу следящей сферы; — перенести, не наклоняя, нижнюю полусферу с ЧЭ к треноге и, соблюдая осторожность, приподнять и насадить на держатели верхней полусферы; — завернуть гайки держателей, не допуская перекосов соединяемых полусфер; 183
  • 184. — завернуть контактный винт в токопроводящий стержень фазы 28 и проверить с помощью тестера “прозвонкой“ надежность контакта; — завернуть эбонитовую пробку, закрывающую этот контактный винт; — протереть все наружные части следящей сферы, змеевик системы охлаждения и нижнюю часть стола чистой сухой марлей, а затем марлей, смоченной в спирте; — приподнять стол со следящей сферой, вынуть из треноги и медленно опустить в резервуар, не допуская переливания поддерживающей жидкости из резервуара; — совместить стол с направляющими штифтами на ободе резервуара и опустить его, обращая внимание на правильность укладки резиновой прокладки; — завернуть все болты на столе гирокомпаса, не допуская перекосов стола (равномерно обжимать симметричные болты); — соединить штуцеры трубок системы охлаждения; — поставить разъемы на штатные места; — выполнить пуск гирокомпаса и произвести обработку кривой затухающих колебаний гирокомпаса. 5.4. Обработка и оценка кривой затухающих колебаний чувствительного элемента гирокомпаса Визуальная оценка кривой затухающих колебаний ЧЭ гирокомпаса, представленная в виде записи изменения отсчетов курса на курсографе, позволяет сделать качественный и количественный анализ ряда параметров гирокомпаса, Рис.5.4. Кривая затухающих колебаний по которым можно сде- чувствительного элемента гирокомпаса лать заключение о даль184
  • 185. нейшей пригодности чувствительного элемента к навигационному использованию. Это необходимо выполнять в следующих ситуациях: — при замене чувствительного элемента или поддерживающей жидкости; — при неустойчивости и больших значениях поправки гирокомпаса; — после нормального, естественного прихода ЧЭ гирокомпаса в меридиан (для контроля). На курсограмме (рис. 5.4), отступив от ее начала координат, примерно 60-80 мин, определяют значения периодов затухающих колебаний (Т1, Т2, . . , Тn) и факторов затухания (f1, f2 , . . , fn). Затем рассчитывают их средние значения и сравнивают с учетом широты места с паспортными данными для загруженного в гирокомпас чувствительного элемента. f1 = α α f + f + f + ... + f n α1 α ; f 2 = 2 ; f 2 = 3 ;...; f n = n −1 ; f cp = 1 2 3 ; α2 α3 α4 αn n Tcp = T1 + T2 + T3 + ... + Tn . n Если расчетные данные периода и фактора не отличаются от паспортных данных, ЧЭ считается пригодным для дальнейшего навигационного использования. При отклонении одного из этих параметров от паспортных данных необходимо заменить чувствительный элемент, а приведенная численная оценка и оригинал или копия курсограммы могут служить основанием для списания гиросферы. Если на курсограмме характер кривой в виде незатухающих колебаний (фактор близок к единице), то необходимо проверить правильность установки в приборе 34 Н1 переключателей “С затуханием – Без затухания”. Значения Т и f могут служить основой для предвычисления времени, необходимого для прихода ЧЭ в меридиан с заданной точностью. Так, допустим Т = 120 мин, f = 3, угол отклонения ЧЭ от меридиана 30°, требуемая точность прихода ЧЭ в меридиан 1°. Схема расчетов может быть представлена в таком виде: — через 1/2 Т = 60 мин определяется амплитуда отклонения ЧЭ от меридиана как: α 1 = α/f = 30 o /3 = 10 o ; 185
  • 186. — через 1/2 Т = 60 мин определяется амплитуда следующего отклонения ЧЭ от меридиана как: α 2 = α1 /f = 10 o /3 = 3,3o ; — через 1/2 Т = 60 мин следующее отклонение равно: α 3 = α 2 /f = 3,3o /3 = 1,1o ; Если остановиться на этой точности, то время периодического прихода ЧЭ в меридиан с точностью до 1,1° составит 60+60+60 =180 мин = 3 ч, а с учетом 80 мин на апериодическую часть кривой затухающих колебаний суммарное время составит порядка 260 мин ≈ 4 ч. Кроме оценки указанных параметров гирокомпаса целесообразно оценить его зону нечувствительности, т. е. оценить амплитуду, с которой ЧЭ колеблется относительно меридиана. Для этого необходимо после прихода чувствительного элемента в меридиан в течение периода затухающих колебаний с интервалом 10-20 мин снять по репитеру отсчеты курса с точностью до 0,1°. При этом амплитуда отклонения относительно среднего значения должна находиться в пределах до 0,35° secϕ (требования ИМО) или до 1° sec ϕ (требования Регистра). Одновременно нужно сравнивать установившееся значение отсчета курса по курсограмме с истинным значением курса, рассчитанным по магнитному компасу, по ориентации причала или по пеленгу отдалённого ориентира. Если имеет место отклонение в значениях курса свыше 0,5°, то у гирокомпаса имеет место постоянная поправка, которая может быть обусловлена ошибкой в ориентации курсовой черты прибора 1М или репитера для пеленгования. Это отклонение может быть устранено путем разворота прибора 1М или азимутального круга репитера для пеленгования. 186
  • 187. 6. ГИРОКОМПАС ANSHUTZ "СТАНДАРТ-14" 6.1. Устройство гирокомпаса 6.1.1. Основные технические характеристики гирокомпаса "Стандарт – 14" Technical Data Accuracies Static error Dynamic error Технические данные o ≤0,15 sec.lat.RMS (incl.threshold ≤0,15o sec.lat. of the followup system) Supply voltage/ Power consumption STD 14 STD 14 with course transducer Permissible roll and pitch angle Permission ships rate of turn Динамическая погрешность Напряжение питания/ потребляемая мощность 24 V DC (+33% - 20%) 110, 220 V АС optional 65 VA incl.3 Anchutz repeater compasses 110, 220,380, 440 V AC 230 VA incl.7 Anchutz repeater compasses 24 V C for gyrosphere back-up General data Permissible ambient Temperature 0oC to + 50oC during operation Permissible -25oC to + 70oC ambient in storage Setting time 3 hrs Rate of follow-up Точность Статическая погрешность Стандарт 14 Стандарт 14 с транслятором курса Общие сведения Допустимые внешние условия Температура во время работы Допустимые внешние условия при хранении Время установления (прихода в меридиан) ≥ 8o/S Скорость отработки следящей системы Допустимые углы бортовой и килевой качки Допустимая угловая скорость по углу курса ± 40o - unlimited 187
  • 188. Heading signal outputs Выходная информация о курсе - max.4 Anschutz repeater - макс. 4 репитера фирмы compasses (step motor 192 «Аншютц» (шаговый steps/degree) двигатель 192 шага на 1о) - 3 oupputs for Sperry Step - 3 выхода для шаговых - 6 step/degree 35 V DC репитеров фирмы «Сперри» (Plus-Common) (control signal - 6 шагов на 1˚, 35В max/ 180 mA) постоянного тока - 2 rate-of-turn outputs (30o/min, 100o/min, 300o/min) - 1 serial output 20 mA or NMEA optional - 2 выхода угловой скорости поворота (30о/мин, 100о/мин, 300о/мин). - 1 цифровой выход или по требованию заказчика 6.1.2. Комплект гирокомпаса и блок-схема соединений приборов комплекта На рис. 6.1 представлен комплект гирокомпаса "Стандарт-14". Рис. 6.1 Условные обозначения: 1 – основной прибор гирокомпаса "Стандарт-14"; 2 – инвертор; 3 – транслятор курса; 4 – путевой репитер гирокомпаса; 5 – авторулевой; 6 – системы спутниковой навигации, спутниковой связи, радиолокации; 7 – цифровой репитер; 8 – сигнальное устройство; 9 – пускатель (временной переключатель); 10 – пеленгаторный репитер; 11 – автопрокладчик “НАУТОПЛОТ”. 188
  • 189. На рис. 6.2 представлена блок-схема соединений (конфигурация) приборов полного комплекта "Стандарт-14". Рис. 6.2 В каналах связи основного прибора гирокомпаса, отмеченного цифрой 1, с другими приборами комплекта гирокомпаса и приборами, получающими информацию о курсе судна, использованы следующие обозначения: 189
  • 190. 1 – канал шагового сигнала 192 шага на 1о (стандарт немецкой фирмы «Аншютц»); 2 – канал синхросигнала 1 оборот на 360 о; 3 – канал шагового сигнала 6 шагов на 1 о (стандарт американской фирмы «Sperry») 4 – канал сигнала неисправности; 5 – канал сигнала угловой скорости поворота судна (Rate of Turn) с диапазонами 0 – 30/мин, 0 – 100/мин, 0 – 300/мин (±10B пост.тока); 6 – канал шагового сигнала 192 шага на 1 о. Следует особо отметить, что пускатель (временной переключатель) не является обязательным прибором комплекта гирокомпаса "Стандарт-14". Это же относится и к транслятору курса, которого может не быть в комплекте вообще. Все зависит от количества репитеров, которое необходимо подключить к основному прибору гирокомпаса, а также от типа репитеров. 6.1.3. Конструкция и принцип действия гирокомпаса «Стандарт-14» 6.1.3.1. Конструкция центрального прибора гирокомпаса «Стандарт-14» Рис. 6.3 и 6.4 дают представление о конструкции центрального прибора. Центральный прибор состоит из жесткого шасси, соединенного с корпусом. Корпус и крышка сделаны из пластика. Стол предназначен для установки механических и электрических компонентов (составляющих). Наружная (следящая) сфера (включая гиросферу) подвешена как маятник (с помощью маятникового соединения). В корпусе установлен вентилятор. 190
  • 191. Рис 6.3. Конструкция центрального прибора. 191
  • 192. Рис 6.4. Конструкция центрального прибора Шкала, разбитая на 360о, соединена с корпусом сферы через маятниковое шарнирное соединение. Курс считывается с 360-градусной шкалы с точностью 0,1 о (если это необходимо) через окно в крышке. Системы обогрева и вентиляции обеспечивают постоянство рабочей температуры внутри копруса прибора. 6.1.3.1.1. Стол На рисунке 6.5 показана конструкция стола с его компонентами. 192
  • 193. Рис. 6.5. Стол гирокомпаса Стол содержит следующие элементы: – на верхней стороне – следящий привод с 360-градусной шкалой курса 1; – кронштейн подвеса с элементами контроля 2; – блок электроники РСВ и шкала регулировок освещения 3; – шаговый мотор с зубчато-ременной передачей 7; – дополнительный сельсин-датчик 8; – на нижней стороне стола – соединительный разъем с кабелем 4; – маятниковое соединение (маятниковый шарнир), с фланцем 5 с наружной сферой 6, включающей гиросферу. 6.1.3.1.2. Следящий привод Наполненная нейтральным газом гиросфера свободно подвешена и центрирована в поддерживающей жидкости, заполняющей наружную (следящую) сферу. Гиросфера постоянно (с точностью до погрешности компаса) указывает на север. Наружная сфера занимает согласованное относительно гиросферы положение с помощью следящего привода, управляемого посредством шагового мотора следящего двигателя (рис. 6.6). 193
  • 194. Рис. 6.6. Шаговый мотор следящего двигателя Зубчато-ременная передача Z1 присоединена к оси шагового мотора и обеспечивает передачу 5 : 1 к зубчатому колесу Z2, установленному на одной оси с колесом Z3. Спиральное (червячное) колесо установлено на верхнем конце оси и соединено с 360-градусной шкалой курса Z4. Последняя выполнена как спиральное (червячное) колесо Z4, передача Z3 к Z4 составляет 36 :1. Может быть дополнительная синхропередача. На одной оси с 360-градусой шкалой установлено колесо Z5, которое через зубчато-ременную передачу связано с колесом Z6, установленным на оси сельсина датчика. Передача между Z5 и Z6 (рис. 6.6) составляет 1:1. Этот сельсин-датчик может быть использован, например, как датчик курса для авторулевого «Анштюц». 6.1.3.1.3. Наружная сфера Наружная сфера с гиросферой (продольный разрез) приведена на рис. 6.7. 194
  • 195. Рис. 6.7. Наружная сфера Наружная сфера включает гиросферу 8, подвешенную в поддерживающей жидкости. Корпус наружной сферы включает нижнюю чашу 11, внутреннюю чашу 5 с крышкой 2 наружной сферы (верхнюю чашу). Отверстие в корпусе наружной сферы закрывается посредством крышки 1. Крышка снабжена прозрачным измерительным конусом для снятия отсчета об уровне поддерживающей жидкости. В центре измерительного конуса имеется крепящий (запечатывающий) винт. Все крепления имеют четырехгранную форму. Токопроводящие полюса (электроды) наружной сферы 3; 10 соответствуют токопроводящим полюсам 4; 9 гиросферы. Следящий пояс 7; 6 обеспечивает работу следящего привода. Он расположен на высоте экватора. В нижней части наружной сферы также установлена помпа струйного подвеса (аналог катушки электромагнитного дутья) 12. 6.1.3.1.4. Гиросфера Гидросфера (продольный разрез) представлена на рис. 6.8. 195
  • 196. Рис. 6.8. Гиросфера. Гиросфера имеет токопроводящие электроды (полярные шапки) на каждом полюсе 1,3. На экваторе расположен следящий пояс 2 для формирования вместе со следящим поясом наружной сферы датчика угла следящего привода. Гиросфера представляет собой ориентированную на север двухгироскопную систему (рис. 6.8 и 6.11). Гиросфера герметизирована и заполнена инертным газом. 6.1.3.1.5. Помпа струйного подвеса и система терморегулирования Помпа струйного гидродинамического подвеса установлена на дне наружной сферы. Там же установлен мотор помпы, датчики температуры и другие элементы системы терморегулирования (рис. 6.9). 6.1.3.1.6. Поддерживающая кость Поддерживающая жидкость ставляет собой токопроводящую составленную из дестиллированой добавок. жидпредРис. 6.9. Помпа смесь, воды, глицерина и специальных 196
  • 197. Необходимая для правильной работы гирокомпаса плотность поддерживающей жидкости обеспечивается при стабилизации ее температуры около +52оС, которая гарантируется следующим: – системой обогрева поддерживающей жидкости, включающей электронно-управляемый резистор терморезистора, включенный в цепь 24 В постоянного тока и установленный на плате вместе с помпой струйного подвеса; – системой охлаждения поддерживающей жидкости. Система охлаждения состоит из электронно-управляемого вентилятора, размещенного сбоку на основании гирокомпаса. Если температура жидкости повышается (более чем +52оС) вентилятор включается и прогоняет поток холодного воздуха через отверстие сверху между кожухом компаса и корпусом наружной сферы к выходным отверстиям на дне основания. 6.1.3.1.7. Вентилятор Вентилятор представляет собой бесколлекторный электродвигатель и соединенную с ним турбину (крыльчатку). Электроника управления бесколлекторным двигателем требует питания от сети постоянного тока и расположена в пластмассовом блоке рядом с вентилятором. Вентилятор и относящаяся к нему электроника управления установлены на основании компаса. Электродвигатель не требует обслуживания. 6.1.3.1.8. Шаговый двигатель (следящий двигатель) Шаговый двигатель является исполнительным следящим двигателем следящего привода гирокомпаса и исполнительным двигателем в репитерах с шаговой передачей курса. 48-полюсовой ротор вращается внутри клетки, которая поддерживает обмотку статора. Сигналы от шаговых адаптеров SMO, SM1 и сигнал нуля 0 В управляют шаговым двигателем. 6.1.3.1.9. Сельсин, типа NB 23-167-4 (дополнительная установка) Сельсин применяется в следящем приводе гирокомпаса как датчик курса там, где это требуется (FEM). Он генерирует электрический сигнал, пропорциональный углу изменения курса, например, для подключения авторулевого «Аншютц», а также «Наутоплот D». Сельсин связан с 360о – шкалой компаса в отношении 1 : 1 посредством забчато-ременной передачи. Мощности сельсина достаточно для подключения авторулевого. 197
  • 198. 6.1.3.2. Принцип действия гирокомпаса «Стандарт–14» Гиросфера, свободно подвешенная в поддерживающей жидкости внутри наружной сферы, является элементом, указывающим направление на север. Два гиромотора, установленные в газонаполненной гиросфере и питающиеся переменным током, создают кинетический момент, который в сочетании с вращением Земли и силой тяготения заставляет гиросферу устанавливаться в направлении N-S. Применение двух гироскопов позволяет снизить ошибки компаса, порождаемые качкой судна. Наружная сфера подвешена как маятник и имеет свободу поворота относительно вертикальной оси. Если судно изменяет курс, следящая система заставляет наружную сферу, связанную с корпусом судна, занимать положение, согласованное с положением гиросферы, непрерывно ориентированной на север. 6.1.2.2.1. Центрирование гиросферы в наружной (следящей) сфере В течение эксплуатации нижеследующие меры гарантируют, что гиросфера останется взвешенной и центрированной (сохранит свое положение относительно наружной сферы). 1. Температура поддерживающей жидкости удерживается постоянной и равной +52оС. 2. Струи поддерживающей жидкости, направленные на гиросферу помпой, создают давление и обеспечивают центрирование. Масса гиросферы и плотность поддерживающей жидкости подобраны так, что притемпературе +52оС гиросфера имеет незначительный остаточный вес. Этот остаточный вес уравновешивается струями жидкости, производимыми помпой и направленными снизу вверх относительно гиросферы, которая в результате оказывается подвешенной свободно (обладает нейтральной плавучестью) и центрированной. 6.1.3.2.2. Электропитание гиросферы Гиросфера, подвешенная свободно в поддерживающей жидкости внутри наружной сферы, запитывается переменным током 400 Гц напряжением 55 В, подаваемым на два гиромотора, которые в результате вращаются с постоянной скоростью, равной примерно 12000 об/мин. 198
  • 199. Электрический ток для питания гиромоторов от полярных шапок (полюсов) наружной сферы, через обладающую электропроводимостью поддерживающую жидкость подается на полярные шапки (полюса) гиросферы. Затем он поступает на два гиромотора и следящий пояс. Принципиальная схема питания гиросферы и передачи угла рассогласования между гиросферой и наружной сферой приведены на рис. 6.10. Рис. 6.10. Принципиальная схема питания гиросферы 6.1.3.2.3. Датчик угла и следящий привод трансляции курса Наружная сфера всегда находится в согласованном положении с гиросферой, что достигается автоматически, благодаря схеме уравновешенного электрического мостика. Любое смещение гиросферы относительно наружной сферы вызывает изменение электрического сопротивления столбов жидкости между следящими контактами W1 и W2 и гиросферой. (см. рис. 6.10). В результате возникшей асимметрии появляется, во-первых, ток в цепи дифференциального трансформатора М1, во-вторых, на выходе трансформатора возникает напряжение и ток, который отрабатывается шаговым двигателем (192 шага/на 1°) и поступает также как шаговый сигнал в различные схемы электроники. 199
  • 200. 6.2.2.4. Принцип действия и устройство гиросферы Схематичное устройство двухгироскопной сферы (вид сверху) приведено на рис. 6.11. Рис. 6.11 НI – направление кинетического момента первого гироскопа; НII – направление кинетического момента второго гироскопа; НN – направление суммарного кинетического момента гиросферы. Когда компас включается, гироскопы разгоняются и под действием вращения Земли и силы тяжести гиросфера совершает колебания относительно оси N-S. Под действием системы демпфирования, объединенной с гиросферой, эти колебания успокаиваются (затухают) приблизительно 3…5 часов и в результате главная ось (ось N-S) гиросферы (результирующий кинетический момент НN) устанавливается в направлении линии N-S, т.е. в меридиане (рис. 6.12). 200
  • 201. Рис. 6.12 Кривая затухающих колебаний гиросферы На рисунке 6.12 видны время установления в часах и амплитуда колебаний. 2.1.3.2.5. Направляющий момент гиросферы Направляющий момент гиросферы зависит от величины ее кинетического момента и составляющей угловой скорости вращения Земли. В свою очередь, кинетический момент зависит от массы (момент инерции) роторов гироскопов и скорости вращения. Направляющий момент зависит только от составляющей скорости вращения Земли ωcosϕ. Она имеет наибольшее значение на экваторе, изменяется при движении к полюсу и становится на полюсе равной нулю. 201
  • 202. 6.1.3.3. Инвертор типа 121-043 NG001 Рис.6.13. Инвентарь гирокомпаса 202
  • 203. 6.1.3.3.1. Применение Инвертор используется во всех вариантах конструкции гирокомпаса «Стандарт-14». 6.1.3.3.2. Конструкция инвертора типа 121-043 NG001/NG003 В зависимости от назначения, инвертор типа 121-043 может быть использован в двух вариантах: – Вариант А, тип 121-043 NG001 (в кожухе, тип защиты IP 23); – Вариант В, тип 121-043 NG003 (без кожуха, тип защиты IP 00). – Вариант А, тип 121-043 NG001 (см. рис. 6.13) Инвертор имеет металлический кожух и крепится на переборке вертикально. В дне кожуха имеется специальная плата для подключения 16-ти различных кабелей (жил) и болт для заземления (М6), доступный с внешней стороны. Плата РСВ, типа 121-043.05, приспособлена к двум разъемам для следующих РСВ (печатных плат): – шаговый адаптер, типа 121-043.04; Электроника гирокомпаса, типа 121-043.06. В дополнение к этому, плата РСВ в инверторе типа 121-043.02 также может быть соединена: – с транслятором курса, типа 132-603 NG001/NG002; – с источником питания 24 В (постоянного тока) или – с источником питания переменного тока (с выходом 24 В постоянного тока); – с центральным прибором гирокомпаса; – с репитерами шаговыми фирмы «Аншютц» или фирмы «Сперри»; – с системой сигнализации Наутоаларм фирмы «Аншютц»; – с максимум двумя индикаторами угловой скорости фирмы «Аншютц». Кабель длиной около 5 м, имеющий 25 жил, соединяет инвертор с гирокомпасом. На дверце кожуха инвертора находится переключатель В5, а также предохранители Е1 и Е2. Дверца может открываться специальным ключом (включается в поставку). Вариант В, типа 121-043 NG003. Вариант В устанавливается в столе, отдельном помещении или пульте управления. Инвертор не содержит кожуха, кабеля и главного переключателя В5, держателей предохранителей и предохранителей Е1 и Е2. В остальном данный вариант схож с вариантом А (NG001). Это важно для проектирования и установки. Принцип действия инвертора типа 121-043 NG001/NG003 203
  • 204. Инвертор: – обеспечивает питание гирокомпаса постоянным током (24 В) или источником питания переменного тока с выходом 24 В постоянного тока. – преобразует аналоговый сигнал сельсина датчика основного прибора компаса в следующие сигналы: – шаговые сигналы «Аншютц» – 192 имп/1о; – шаговые сигналы «Сперри» – 6 имп/1о. – усиливает шаговый сигнал для подачи в шаговые репитеры; – обеспечивает: – поддержание температуры в гирокомпасе (+52оС); – питание 24 В всего оборудования; – работу следящей системы гирокомпаса. – обеспечивает сигнализацию (через дополнительные специальные устройства в гирокомпасе) в следующих случаях: – при отклонении от рабочей температуры компаса; – при отклонении или потере питания. – обеспечивает индикацию режимов "Работа" или "Тест"; – обеспечивает питанием репитеры при их подключении к компасу; – обеспечивает подачу синхросигналов в авторулевой; – преобразует сигнал угловой скорости от гирокомпаса; – усиливает сигнал угловой скорости и подает на индикаторы. Примечания: 1. Сигнал об угловой скорости вырабатывается в виде постоянного тока, на основе шаговых сигналов курса из гирокомпаса. 2. Напряжение постоянного тока пропорционально угловой скорости увеличивается с увеличением угловой скорости, т.е. с увеличением числа импульсов в единицу времени. Использование сигналов угловой скорости (ROT-Rate of Turn) Сигналы об угловой скорости вырабатываются в инверторе и используются для измерения угловой скорости судна. Максимум 2 ROT индикатора могут быть подключены к инвертору. Выход ROT может быть подан на любую шкалу путем переключения с мостика на соответствующий плате РСВ. Имеются следующие шкалы ROT: 30о/мин; 100о/мин или 300о/мин. Для всех шкал максимальное значение составляет ± 10 В постоянного тока максимальное значение по шкале. Полярность выходных сигналов ROT следующая: 204
  • 205. – левый борт РВ (+); – правый борт STB (-). Внимание! Сигнал ROT от инвертора такой же, как и сигнал непосредственно от ROT. Интерфейс ROT может быть включен в комплектацию и не подлежит изменению. Возможные подключения к инвертору (основные) через интерфейс к инвертору может быть присоединено следующее оборудование: – один основной прибор гирокомпаса «Аншютц»; – один авторулевой «Аншютц»; – один транслятор курса «Аншютц»; – один прибор сигнализации; – три принимающих курса с шаговой системой трансляции фирмы «Аншютц» (т.е. аналоговые или цифровые репитера «Аншютц»); – три принимающих с шаговой системой трансляции фирмы «Сперри» (с нагрузкой максимум 90 мА) цифровые репитера, спутниковые приемоиндикаторы, РЛС, АИС; – два индикатора ROT «Аншютц». 6.1.3.3.3. Интерфейс инвертора Для инвертора подходят следующие интерфейсы: – Интерфейс для шаговой системы трансляции «Аншютц», 192 имп/1о (L20 1…6). Для подключения: – одного авторулевого «Наутопайлот», «Аншютц» или т.п.; – двух цифровых навигационных индикаторов «Аншютц». Максимальная нагрузка интерфейса: ± 10 мА. Примечание. Питание 24 В постоянного тока идет через интерфейс (L20. 1…6) для подсветки и/ или управления. – Интерфейс для точечных (добавленных) сигналов «Аншютц», 192 имп/1о (L11. L12. L19. 1…6) Для подключения к каждому из этих интерфейсов: – один аналоговый репитер (фирмы «Аншютц» типа 133-310, 133-311, 133-312, 133-402 NG002); – одного цифрового навигационного индикатора («Аншютц», типа 133-809). Максимальная нагрузка на интерфейс (SM0, SM1): ±0,5 А. 205
  • 206. Примечание. Питание 24 В постоянного тока идет через интерфейс (L11. L12. L19. 1…6) для подсветки и управления. – Интерфейсы для шаговых сигналов курса фирмы «Сперри», 6 имп/1о (L14. L12. L19. 1…6). Возможно подключение к каждому из этих интерфейсов только одного из принимающих либо-либо (ПИ СНС, ССС, РЛС, АИС, цифровой репитер). Максимальная нагрузка всех трех интерфейсов: общая 90 мА или 30 мА каждого (+35 В постоянного тока = общий плюс). – Интерфейс для питания 24 В постоянного тока (L1. 1…3). – Интерфейс для одной системы сигнализации (L3. 1…6). – Интерфейс для одного транслятора курса (L4. 1…10) (вкл. 28 В постоянного тока источника питания). – Интерфейс для одного авторулевого (L5. 1…6). 6.1.3.4. Транслятор курса Транслятор курса типа 132-603 (рис. 6.14) предназначен для выработки напряжений, которые используются для питания различных приборов, подключенных к гирокомпасу, в том числе и репитеров. Указанные напряжения вырабатываются за счет преобразования переменного напряжения судовой сети (110 В, 220 В, 380 В или 440 В, 50 или 60 Гц). В трансляторе курса имеются несколько адаптеров в стандарте фирмы «Sperry» (6 шагов на 1о), адаптер в стандарте фирмы «Аншютц» (192 шага на 1о), синхроадаптер, а также усилитель синхросигнала. Внешний вид и отдельные блоки, входящие в конструкцию транслятора курса (рис. 6.14). – Интерфейс для одного гирокомпаса (L6, 1…25) – Интерфейс для двух индикаторов ROT (L17, L18,1…4) Примечание. Один прибор или оборудование может быть соединено только с одним интерфейсом. Для уравновешивания электрических нагрузок ограниченное число репитеров может быть подключено к одному инвертору. 206
  • 207. Designation 1. COURSE TRANSDUCER 2. CAP 3. FUSE 4. FUSE HOLDER 5. KEY 6. RECTIFIER 7. TRANSFORMER 8. CAPACITION 9. MASTER BOARD Рис. 6.14. Транслятор курса 207 10. SWITCH 11. SYNCHRO ADAPTER PC 12. SYNCHRO BOSTER PC 13. FUSE 14. FUSE 15. STEP ADAPTER PCB 16. FUSE 17. SPERRY ADAPTER PCB 18. FUSE
  • 208. 6.1.3.5. Пускатель (таймер) типа NB 03-735 (дополнительная установка по требованию) Пускатель (вид спереди) приведен на рис. 6.15. Рис. 6.15. Пускатель При помощи пускателя типа NB 03-735 оператор может включить гирокомпас немедленно или использовать автоматическое включение после установки нужного времени задержки запуска (см. п. 6.2.7). Пускатель подключается к инвертору и работает от сети 24 В постоянного тока. Прибор может быть установлен в любой точке судна, где имеются подходящие условия. 6.1.3.6. Скоростная девиация гирокомпаса Скоростная девиация определяется с помощью специальных таблиц, которые придаются к гирокомпасу, и учитывается аналитически. 6.2. Основы эксплуатации гирокомпаса (обслуживание и ремонт) 6.2.1. Включение гирокомпаса Гирокомпас может быть включен непосредственно сразу или через некоторое время с использованием таймера. 208
  • 209. 6.2.1.1. Процедура включения Органы управления и контроля на крышке компаса: 1 – вращающаяся рукоятка потенциометра подсветки; 2 – контрольная лампа (LED) сигнализации; 3 – переключатель следящего привода В2; 4 – установка шкалы Рис. 6.16. Органы управления и контроля гирокомпаса Для включения гирокомпаса сразу необходимо выполнить следующее: – установить переключатель следящей системы (рис. 6.16 позиция 3) в позицию "О"; – установить главный переключатель транслятора курса (см. рис. 6.14) в позицию "1"; – установить главный переключатель инвертора (рис. 6.13 б) в позицию "1". Красная лампа (LED) (6.16 позиция "2") загорится. После того как оборудование включено, гироскопы начинают разбег доустановленной скорости и заставляют гиросферу установиться в меридиане. Этот процесс установки (приведения в меридиан) завершается примерно через 3 …5 ч. Примерно через час от момента включения компаса можно включать следящую систему с помощью переключателя следящей системы (позиция 3 на рис. 6.16) (поставить переключатель следящей системы в положение "1", после чего красная лампа (LED) погаснет). Более раннее включение (даже на незначительное время) следящей системы может нарушить, а следовательно, продлить процесс приведения в меридиан. Внешняя сфера начинает автоматически отслеживать положение гиросферы. 209
  • 210. 6.2.2. Согласование основного прибора гирокомпаса с показаниями репитеров (см.также раздел 6.3.2.9) При первом испытании оборудования гирокомпаса все показания на репитерах должны совпадать с индикацией курса на гирокомпасе. В противном случае репитеры следует установить по курсу гирокомпаса (согласование). Регулировку следует проводить только когда гирокомпас находится в меридиане, а следящая система включена. Таким образом, погрешность в регулировке других синхронно связанных репитеров исключается. 6.2.2.1. Настройка освещенности шкалы репитера С помощью соответствующих потенциометров обеспечивается плавный контроль освещенности шкалы. 6.2.3. Сигнализация во время работы Когда загорается красная лампа (LED) на крышке компаса (см. рис. 6.16 позиция 2), это указывает на следующие условия эксплуатации: – слишком высокая рабочая температура (выше + 65оС, следящая система включена); – напряжение питания ниже 18,5 В постоянного тока в течение более 1,5 с; – следящая система выключена или переключатель следящей системы (рис. 6.16 позиция 3) стоит в положении "Т"; – гиромоторы обесточены дольше, чем 1,5 с. Для того чтобы аннулировать индикацию красной лампочки, надо быстроповернуть переключатель следящей системы к положению "О" а затем опять к положению "1" (красная лампочка выключается). Если (LED) продолжает гореть, надо искать причины неисправности. 6.2.4. Проверки во время работы Во время эксплуатации оборудования должны быть проведены следующие тесты: – проверка индикации (красная лампочка LED) (см. рис. 6.16 позиция 2); 210
  • 211. – проверка показаний курса гирокомпаса; – проверка и сравнение показаний основного прибора гирокомпаса с аналоговой и цифровой шкалой соединенных репитеров. Если показания репитера отличаются от показаний курса на гирокомпасе, соответствующий репитер надо согласовать. В случае цифрового репитера компаса надо ознакомиться с приложенным описанием этого прибора. Падение напряжения переменного источника питания для преобразователя курса. 6.2.5. Выключение гирокомпаса Для выключения гирокомпаса рекомендуются следующие действия: – установите переключатель следящей системы (рис. 6.16 позиция 3) компаса в положение "О"; – установите главный переключатель инвертора в положение "О"; – установите главный переключатель транслятора курса в положение "О". Примечание. Таймер (пускатель), если он включен в оборудование, не надо приводить в действие. Внимание! Когда гирокомпас выключается гироскопы приходят в состояние покоя только после времени выбега примерно 15 мин. В течение этого периода доступ к гиросфере запрещен. Замечание. Рекомендуется не выключать оборудование гирокомпаса, если судно находится в порту не более одной недели. Внимание! При выключении оборудования гирокомпаса гиросфера может занять наклонное положение относительно наружной сферы. В этом случае, во время запуска оборудования при включении следящей системы, гиросфера может колебаться в течение интервала времени, превышающего 30 ч. Если гиросфера занимает наклонное положение и показания курса не постоянны (ток гиромоторов, высота гиросферы, температура жидкости правильны), следящую систему следует выключить. Кроме того выключить остальное оборудование. Ждать 211
  • 212. пока гироскопы окончательно не успокоятся (примерно 15 мин), затем включить оборудование опять. Через 1 ч. включить следящую систему. В конце процесса установки проверить положение гиросферы еще раз. Если гиросфера остается в наклонном положении и показания указывают на непостоянные погрешности, то гиросферу следует демонтировать и заменить на запасную. 6.2.6. Таймер (пускатель) 6.2.6.1. Рекомендации по эксплуатации Установка времени, когда гирокомпас должен быть в рабочем состоянии производится по шкале (рис. 6.15). Для этой цели расчет времени производится следующим образом: – время до момента включения; – время прихода в меридиан (4 ч.) гирокомпаса складывается и устанавливается общее время. Примечание. Малые деления (риски) соответствуют 2 ч., а большие риски суткам. При питании приборов постоянным током 24 В входное реле D1 немедленно включается. Питание затем идет в схему. Одновременно загорается зеленая лампочка LED № 9 "GYRO ON". Компас включен. При нажатии кнопки "DELAY" реле D1 не включается и питание не подается. Одновременно время установленное потенциометром R17, ликвидируется (сбрасывается). Сброс установленного времени индицируется красной LED № 10 "DELAY". Если в течение времени сброса кнопку "DELAY" нажать еще раз, то время восстановится. Переключателем "GYRO ON" компас включается немедленно, независимо от установленного времени. 6.3. Регламентные работы 6.3.1. Требования техники безопасности Внимание! При проведении работ по обслуживанию необходимо уделять надлежащее внимание безопасности (т.е. соблюдать правила VDE работы на сильно-точном оборудовании и правила VGB4 безопасности для электрического оборудования). Прежде чем начать работу по обслуживанию 212
  • 213. гирокомпаса в выключенном состоянии, подождите пока гироскопы окончательно не остановятся (время выбега примерно 15 мин). 6.3.1.1. Общая информация Профилактическое обслуживание оборудования гирокомпаса ограничивается проверкой и заменой поддерживающей жидкости с целью обеспечения надежной работы оборудования гирокомпаса. – В случае нового оборудования первую проверку всех компонентов системы следует проводить примерно через 2 года после первого введения в строй. – С этого времени проверку всех систем, включая тщательный осмотр, следует проводить раз в год. Поддерживающую жидкость следует менять один раз в год. Примечание. 1. Вследствие испарения, уровень поддерживающей жидкости следует проверять один раз в полгода, даже при новом оборудовании. Если уровень поддерживающей жидкости слишком низкий, долейте только дистиллированную воду (см. п. 2.3.5.1). 2. При замене поддерживающей жидкости используйте только оригинальную поддерживающую жидкость фирмы «Аншютц». Процедура замены поддерживающей жидкости описана в п. 6.3.1.2, 6.3.3, 6.3.3.1.1, 6.3.3.3. Эта работа по обслуживанию может проводиться специально обученным персоналом корабля или на станции обслуживания фирмы «Аншютц». Для осмотров, функциональных проверок и ремонтных работ следует обращаться исключительно на станции обслуживания фирмы «Аншютц». Список станций обслуживания включен в документацию гирокомпаса. 6.3.1.2. Разборка основного прибора гирокомпаса 6.3.1.3. Снятие крышки Отвинтите три винта с крестообразной головкой на крышке компаса. 213
  • 214. Винты с крестообразной головкой Крышка Кожух Рис. 6.17 Поднимите вверх крышку компаса Крышка компаса Рис. 6.18 2.3.1.4. Снятие кожуха компаса Снимите кожух с трёх цилиндрических штифтов. 214
  • 215. Место нахождение одного из трёх штифтов Рис. 6.19 Поднимите кожух компаса вверх и снимите его. Кожух компаса Рис. 6.20 6.3.1.5. Смена поддерживающей жидкости Для того чтобы обеспечить надежную работу гирокомпаса, поддерживающую жидкость следует обновлять: – для нового оборудования – примерно через 2 года; – после этого – ежегодно. 215
  • 216. Смену поддерживающей жидкости целесообразно проводить, либо когда судно в порту, либо в ходе ежегодного тщательного осмотра; ее могут проводить члены команды корабля или персонал станции обслуживания фирмы «Аншютц». Примечания. 1. Прежде чем выключить оборудование гирокомпаса, зафиксируйте показания курса. Установите переключатель следящей системы в положение "Т" и установите шкалу 360° курса в положение "000". 2. Выключите оборудование транслятора курса и инвертора. 3. При замене гиросферы и поддерживающей жидкости при очень холодной погоде или в холодных районах, следует согреть поддерживающую жидкость хотя бы до комнатной температуры, прежде чем заливать ее в компас. Слишком холодная поддерживающая жидкость может продлить процесс установки гиросферы на несколько часов. Может случиться, что гиросфера будет поворачиваться в одном направлении более 360° в течение первых одного или двух часов и только после этого начнется нормальный процесс установки. 6.3.1.6. Подготовка к замене внешней сферы и гиросферы Внимание! Прежде чем приступить к дальнейшей работе, подождите примерно 15 мин, пока гироскопы в гиросфере не остановятся. Продолжайте работу в следующем порядке (подробно см. п. 6.3.3) – Поднимите гиросферу с наружной сферой. – Вылейте поддерживающую жидкость. – Откройте наружную сферу. – Выньте гиросферу. – Очистите части гиросферы и наружной сферы (для очистки использовать только воду), потом хорошо просушите их. Примечания. 1. Восстановление следует проводить в соответствии с инструкцией по демонтажу в обратном порядке. 2. Вставьте гиросферу, дальнейшее восстановление проводите согласно указаниям п. 6.3.3.2. и 6.3.3.3. 216
  • 217. 3. Проверьте соединение кабелей, проведите функциональную проверку. 6.3.2. Осмотр оборудования гирокомпаса 6.3.2.1. Осмотр основного прибора Эту работу на компасе следует проводить во время осмотра, включающего процессы разборки и сборки, как подробно описано в следующих разделах: – 6.3.1.5. Замена поддерживающей жидкости. – 6.3.3. Замена гиросферы. – 6.3.4. Замена помпы. – Установите переключатель следящей системы в положение "Т" (360° шкала устанавливается в положение "000"). – Выключите оборудование компаса на трансляторе курса и на инверторе. – Снимите крышку и кожух основного прибора компаса. – Снимите наружную сферу и вымойте ее. – Вымойте кожух компаса, продуйте стол от пыли и грязи. – Вылейте поддерживающую жидкость и изымите гиросферу. – Отверните агрегат помпы. – Вымойте агрегат помпы и части наружной сферы чистой водой и тщательно высушите их. – Снимите кольцо фильтра, тефлоновую прокладку, изоляцию и сальник. – Проверьте внешний вид кабеля. – Установите агрегат помпы опять на наружную сферу. – Налейте в наружную сферу примерно 1/4 л поддерживающей жидкости (используйте только оригинальную поддерживающую жидкость фирмы «Аншютц»). Внимание! Во время очень холодной погоды или в холодных районах предварительно нагрейтеподдерживающую жидкость хотя бы до комнатной температуры. – Проверьте работу помпы, быстро включая и выключая транслятор курса три или четыре раза (с включенным инвертором). – Затем выключите инвертор и транслятор курса. – Осторожно вымойте гиросферу чистой дистиллированной водой. 217
  • 218. – Поместите поддерживающую жидкость в наружную сферу. – Проверьте прокладку между отверстием в наружной сфере и закрывающей ее крышкой, при необходимости замените ее. – Закройте наружную сферу. – Присоедините наружную сферу к маятниковому подвесу (шарниру). – Проверьте колеса привода, очистите и восстановите смазку их при необходимости. – Проверьте зубчатый приводной ремень. – Проверьте освещение. 6.3.2.2. Осмотр инвертора – Очистите инвертор от пыли и грязи. – Откройте инвертор. – Измерьте входное и рабочее напряжение в инверторе. Кабель, соединяющий компас с инвертором, подключается на компас, инвертор включается. – Закройте инвертор. 6.3.2.3. Осмотр транслятора курса (поставляется дополнительно) – Очистите транслятор курса от пыли и грязи; – Откройте транслятор курса; – Измерьте входное и рабочее напряжение на трансляторе курса (для этого включите транслятор курса); – Проверьте адаптер PCB; – Закройте транслятор курса. 6.3.2.4. Проверка таймера – Проверьте работу таймера (если имеется в комплекте гирокомпаса). 6.3.2.5. Осмотр репитеров – Очистите репитеры от пыли и грязи. – Откройте репитеры. – Проверьте расположенные снаружи (на палубе) репитеры на водопроницаемость, смените плохой. – Проверьте шестерни и зубчатые ремни, очистите если требуется. – Смажьте приводные колеса смазкой. – Смените или восстановите противотуманный патрон. – Проверьте освещение. 218
  • 219. – Проверьте шаговый мотор. – Проверьте синхронность. – Закройте репитер. – Согласуйте репитер. 6.3.2.6. Проверка работы оборудования – Восстановите кабельные соединения, разъемы, если они были нарушены; – Включите оборудование, а именно: транслятор курса, инвертор и, если имеется в комплекте, таймер; – Измерьте начальную и рабочую силу тока на гиромоторах и моторе насоса; – После достижения рабочей температуры +52оС (самое раннее примерно через 2 ч), проверьте уровень поддерживающей жидкости и высоту положения гиросферы; – После того как гиросфера успокоится (примерно 5 ч), включите следящую систему; – Сравните показания репитеров с показаниями гирокомпаса и, если надо, синхронизируйте их (см. п. 6.3.2.7.). Примечание. Все периферийное оборудование, относящееся к системе, также следует проверить на правильность работы. 6.3.2.7. Согласование показания курса на репитерах с показаниями курса на гирокомпасе Замечание: Для того чтобы убедиться в правильности показаний курса на связанных с компасом репитерах, надо сравнить их с величиной курса по шкале гирокомпаса и, если нужно, установить на этот же курс. Эту установку следует проверить во время сдаточных испытаний оборудования гирокомпаса и при ежегодной проверке. Показания курса репитерами тоже следует проверить. Это относится и к ситуации, когда оборудование вновь запускается в работу, т.е. после проверки, ремонта или чего-либо подобного. 6.3.2.8. Подготовка к процессу согласования – Включите оборудование в соответствии с разд.6.2.1.1. – Переключатель следящей системы (см. рис. 6.16 позиция 3) остается в отключенном положении "OFF" в течение 1 ч. 219
  • 220. – Установите переключатель следящей системы (рис. 6.13. позиция 3) в положении "Т" (тест). Шкалу 360о установить в положении "000". Примечание. Если возникнет ситуация, когда шкала гирокомпаса не дойдет до своей "000" позиции (это может случиться, если начальная позиция была между 350о и 360о), то нажатие на кнопку В3 прерывает электрический сигнал. И теперь шкала компаса должна встать на свою "000" позицию. (Кнопка В3 и шкалы гирокомпаса становятся доступными после снятия крышки гирокомпаса, см. 6.3.1.2.). 6.3.2.9. Согласование репитеров – Установите переключатель следящей системы (см. рис. 6.16 позиция 3) в позицию 1. – Шкалы основного прибора гирокомпаса и шкалы всех репитеров должны дойти до одинаковой величины курса. Подключенный цифровой репитер и компас показывают соответственно то же значение курса. – Если показания репитеров не совпадают с показаниями компаса, подключенные репитеры следует синхронизировать (установить с помощью их установочных средств на величину курса компаса). Порядок синхронизации репитеров: • снимите защитный колпачок; • установите ключ в отверстие и согласуйте шкалы репитеров со шкалой гирокомпаса; • закройте защитный колпачок. Примечание. В случае шагового типа репитера разрешение шагов (цена каждого шага) может быть таким, что относительно точной шкалы (1/10о) показания шкал репитеров отличаются максимально на ±0,08о и это расхождение не может быть откорректировано. 6.3.3. Установка гиросферы 6.3.3.1. Подъем гиросферы из наружной сферы Необходимые инструменты: а) шприц и емкость для слива жидкости; б) две отвертки для крестообразных винтов, размер 1 и 2; – Установите переключатель следящей системы в позицию "Т", заставляя тем самым 360-градусную шкалу гирокомпаса придти в положение "000". 220
  • 221. – Выключите оборудование гирокомпаса на трансляторе курса и инверторе. – Снимите крышку компаса и кожух. – Подождите примерно 15 мин. пока гиросфера не успокоится окончательно. 6.3.3.1.1. Снятие наружной сферы с маятникового шарнира и извлечение гиросферы Возьмитесь одной рукой за дно наружной сферы, слегка надавливая вверх. В этом положении нажмите на четыре быстрозащелкивающихся штифта на маятниковом шарнире по одному разу на каждый (см. рис. 6.21). Нажмите на четыре быстрозащёлкивающихся штифта по одному разу на каждый и тем самым освободите наружную сферу от маятникового шарнира. Рис 6.21 Внимание! Теперь наружная сфера освобождена от маятникового шарнира: – Возьмитесь за наружную сферу и осторожно выньте ее из гирокомпаса (рис. 6.22.) – Осторожно выньте наружную сферу из гирокомпаса. Рис. 6.22 221
  • 222. – Положите наружную сфера рядом с гирокомпасом на ровную поверхность (см. рис.6.23). Положите наружную сферу на ровную поверхность около гирокомпаса. Рис. 6.23 Отсоедините штепсельный разъем на соединительном кабеле наружной сферы на нижней части стола. Рис. 6.24 Отсоедините штепсельный разъем от наружной сферы. Рис. 6.25 222
  • 223. Отверните шесть винтов на крышке внутренней части наружной сферы. Рис. 6.26 Снимите крышку внутренней части наружной сферы. Рис. 6.27 Удалите поддерживающую жидкость из наружной сферы с помощью шприца (удаляется примерно за 12-15 наполнений). Рис. 6.28 223
  • 224. Отверните шесть винтов на крышке верхнего полушария наружной сферы. Рис. 6.29 Снимите крышку верхнего полушария наружной сферы. Рис. 6.30 Снимите верхнее полушарие. Рис. 6.31 224
  • 225. Поднимите гиросферу с помощью струбцины. Для этого смочите присоску струбцины и надавите её в центре шарового сегмента гиросферы. Внимание! Вынимая гиросферу, поддерживайте ее снизу рукой. Рис. 6.32 Храните гиросферу в безопасном месте на пенопластовой основе, включённой в заводскую упаковку гиросферы. Рис. 6.33 Вылейте оставшуюся поддерживающую жидкость. Рис. 6.34 225
  • 226. Примечание. Прежде чем вставлять запасную гиросферу, проверьте, не загрязнена ли внутренняя поверхность наружной сферы и очистите ее, если нужно. После длительных периодов работы следует снять фильтр насоса (как минимум, после двух лет работы). 6.3.3.2. Установка гиросферы в наружную сферу Примечание. Пользуйтесь рисунками, показывающими удаление гиросферы. – Налейте в наружную сферу примерно 1/4 литра оригинальной поддерживающей жидкости фирмы «Аншютц». – Смочите присоску специальной ручки, прижмите ее к центру поверхности шарового сегмента гиросферы. – Осторожно поместите гиросферу в наружную сферу (см. рис. 6.32). – Уберите специальную ручку. – Очистите контактные поверхности наружной сферы и крышки. – Проверьте положение прокладки между наружной сферой и крышкой наружной сферы. – Поместите крышку наружной сферы на наружную сферу (см. рис. 6.31), при этом следите за установочными штифтами. – Закрепите крышку наружной сферы на наружной сфере (следует туго затянуть шесть поперечных винтов (см. рис. 6.29)). – Внимательно поставьте крышку на внешнюю сферу (см. рис. 6.27). – Закрепите крышку 6 винтами (см. рис. 6.26). 6.3.3.3. Заполнение наружной сферы поддерживающей жидкостью и измерение уровня поддерживающей жидкости – Налейте оригинальную поддерживающую жидкость фирмы «Аншютц» через отверстие в крышке наружной сферы. Внимание! При очень холодной погоде или в холодных регионах поддерживающую жидкость следует предварительно нагреть как минимум до комнатной температуры. Заполнить внешнюю сферу поддерживающей жидкости фирмы «Аншютц». Высота заполнения примерно 10 мм от верхнего края (рис. 6.35). 226
  • 227. Рис.6.35 Правильным считается такой уровень поддерживающей жидкости, когда нижнее кольцо измерительного конуса смачивается поддерживающей жидкостью при нормальной окружающей температуре (примерно + 20оС). Уровень поддерживающей жидкости можно определить с помощью измерительного конуса (см. 6.3.5.1.). – Верните на место крепящие винты. – Поместите наружную сферу в основной прибор гирокомпаса (см. 6.3.3.4.) – Установите кожух компаса и крышку компаса. – Через 3 – 4 часа проверьте еще раз уровень поддерживающей жидкости при рабочей температуре + 52оС. Для этого основной прибор гирокомпаса следует опять выключить и открыть (так как описано в п. 6.3.3.1.1.) Примечания. 1.Не удаляйте разъем с нижней части стола. 2. Проверьте уровень поддерживающей жидкости и температуру (+52оС). 3. Последовательно поставьте на место снятые детали. 6.3.3.4. Помещение наружной сферы в основной прибор гирокомпаса (см. рис. 6.21 и 6.22) 227
  • 228. – Восстановите соединение кабеля (см. рис. 6.24) с разъемом между наружной сферой и столом. – Возьмите наружную сферу одной рукой снизу и осторожно соедините ее с выступом маятникового шарнира. Вставьте направляющее отверстие выступа маятникового шарнира. – Слегка нажмите снизу на наружную сферу. В этом положении нажмите на четыре установочных штифта на маятниковом шарнире по одному разу на каждый (см. рис. 6.21) Замечание. Теперь наружная сфера прикреплена к маятниковому шарниру. Установка кожуха компаса (обратить внимание на центровку задней части, если нужно). (Показан штифт, паз) Рис. 6.36 Установите и надёжно закрепите разъём 25-жильного соединительного кабеля. После этого поставьте и закрепите крышку компаса Рис. 6.37 6.3.4. Удаление помпы – Установите переключатель следящей системы (рис.6.16 позиция 3) в положении "Т" и поверните на 360о катушку компаса в положение "000". – Выключите транслятор курса и инвертор. 228
  • 229. – Дайте успокоиться гиросфере (примерно 15 мин). – Разберите гирокомпас (как указано в п. 6.3.3.1.1). – Поставьте вынутую гиросферу на соответствующую подставку в безопасном месте до повторной сборки. – Отверните три крепящих винта на крышке помпы (рис.6.38) и снимите крышку (рис.6.39). – Ослабьте соединения разъема на кабеле помпы и разъедините их (рис.6.40). – Ослабьте шесть крепящих винтов на помпе (рис. 6.41). – Осторожно удалите помпу (рис. 6.42 – 6.44). Отверните три винта на крышке помпы. Рис. 6.38 Удалите крышку с агрегата насоса. Рис. 6.39 229
  • 230. Ослабьте и удалите соединение электрического разъёма кабеля помпы. Обратите внимание на фиксирующий штифт для правильной сборки. Рис 6.40 Отверните шесть винтов на помпе. Рис. 6.41 Удалите ротор насоса. Внимание! Ротор насоса может выпасть. Крепко держите ротор и осторожно вынимайте его. Обратите внимание на фиксирующий штифт. Рис. 6.42 230
  • 231. Снимите фильтр помпы. Рис. 6.43 Снимите прокладку на крышек корпуса помпы. Рис. 6.44 Помпа типа 110-106.06 включает следующие части: – корпус помпы; – кольцо фильтра; – тефлонновая прокладка; – статор с базовой пластиной; – ротор; – сепаратор (крышка). Установка новых или ранее снятых частей в обратном порядке: – восстановите соединения электрического кабеля; – установите наружную сферу вновь в нормальное положение и очистите ее; – восстановите кабельные соединения со столом (если оно было нарушено); 231
  • 232. – долейте поддерживающую жидкость в наружную сферу (в случае низкой окружающей температуры, предварительно согрейте поддерживающую жидкость); – три или четыре раза включите и выключите транслятор курса и инвертор для проверки работы насоса (не пузырится ли поддерживающая жидкость); – опять выключите инвертор; – для дальнейшего повторной сборки обратитесь к разделам 6.3.3.1.1; – проведите функциональную проверку. 6.3.5. Основные проверки – проверка уровня поддерживающей жидкости – проверка функционирования помпы; – проверка положение гиросферы по высоте, наружная сфера должна быть смонтирована и установлена внутри шасси компаса (рис. 6.23) Примечание. Не забудьте подключить кабельные разъемы. Эти частные проверки могут быть сделаны, только тогда, когда выключена следящая система и когда температура жидкости будет 52оС. Эти значения достигаются спустя 1 – 2 часа после включения в зависимости от окружающей температуры. 6.3.5.1. Проверка уровня жидкости Уровень поддерживающей жидкости определяется измерительным конусом (рис. 6.45). Часть измерительного конуса погружается в жидкость и становится темной относительно светлой сухой части. Если уровень жидкости низкий (см. рис. 6.47) его следует поднять, добавив дистиллированной воды с помощью шприца (рис. 6.28) так, чтобы разделительная полоса была в центре измерительного конуса. Вид сверху на измерительный конус. Уровень жидкости в норме Измерительный конус Крепящий винт Рис. 6.45 Вид сверху на измерительный конус. 232
  • 233. Уровень жидкости низкий Порядок действия следующий: – Отверните крепящий винт от измерительного конуса с помощью 6 мм отвертки и доведите уровень жидкости с помощью шприца до нужного уровня. 6.3.5.2. Проверка действия помпы и положения гиросферы по высоте – Отключите гирокомпас. – Откройте центральный прибор гирокомпаса. – Снимите внешнюю сферу. – Отверните измерительный конус и вставьте ручку индикатора в отверстие измерительного конуса (Насос «ОТКЛЮЧЕН»), измерьте высоту гиросферы (рис. 6.45). – Включите инвертор. – Включите основной прибор гирокомпаса, используя главный переключатель транслятора (Насос «ВКЛЮЧЕН»), измерьте высоту гиросферы (см. рис. 6.46). Рис. 6.46 Рис.6.47 Работа помпы и соответственно высота положения гиросферы правильны, когда имеется разница в высоте, равная 1,5 – 2 мм между положением гиросферы на дне (донный контакт), когда помпа "ОТКЛЮЧЕНА" (см. рис. 6.46) и рабочим положением гиросферы, когда помпа "ВКЛЮЧЕНА" (рис. 6.47). – Удалите ручку индикатора. 233
  • 234. – Повторно введите запирающий винт (с уплотняющим кольцом) в измерительный конус и затяните его. – Установите внешнюю сферу и вновь закройте основной прибор гирокомпаса. 6.3.6. Установление и коррекция ошибки "А" (постоянной поправки) Ошибка "А" (постоянная поправка) гирокомпаса обусловлена неправильной выставкой корпуса компаса (курсовой черты) относительно диаметральной линии судна или параллельной ей линии. Результатом является постоянная ошибка гирокомпаса, которая должна быть скорректирована посредством поворота корпуса компаса. Для устранения ошибки "А" гирокомпас, последний необходимо включить, при этом гиросфера должна принять установившееся положение в меридиане (коррекция ошибка "А" может быть произведена спустя примерно 5 часов после включения оборудования). В интересах требуемой точности судно должно быть в это время надежно (т.е. без рыскания) пришвартовано к причалу в соответствии с правилами немецкого Гидрографического института (диаметральная плоскость судна должна быть параллельна причалу). Порядок работы: – Определите курс судна (например, определите направление причала относительно севера, используя морскую карту, см. пример на рис. 6.48, где направление причала (109о). Пример коррекции ошибки "А" гирокомпаса: – Перед коррекцией гирокомпас показывает, например, 111о (направление причала снятое с карты -109о). – Ошибку "А" 2о следует устранить посредством поворота основания гирокомпаса против часовой стрелки. Рис.6.48 6.3.7. Репитеры Репитеры не требуют специального техобслуживания. Их следует проверять при ежегодном ремонте, рекомендуемом для гирокомпасного оборудования. Смотрите также описание репитеров. 234
  • 235. 6.4. Поиск неисправностей (граф-схемы) Сводная таблица неисправностей 235
  • 236. Тест 1. ПРОВЕРКА РАБОЧЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ (52оС) 236
  • 237. Тест 2. ПРОВЕРКА УРОВНЯ ПОДДЕРЖИВАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ (Рабочая температура 52оС) Тест 3. ПРОВЕРКА РАБОЧИХ НАПРЯЖЕНИЙ (Входное напряжение: 24 В постоянного тока) 237
  • 238. Тест 4. ПРОВЕРКА ВЫСОТЫ ГИРОСФЕРЫ (Высота гиросферы: от 1,5 мм до 2 мм. Рабочая температура: 52оС) 238
  • 239. Тест 5. ПРОВЕРКА ПОЛОЖЕНИЯ ГИРОСФЕРЫ (НАКЛОНА) (Условия: гирокомпас должен быть включен более 4 часов) 239
  • 240. Тест 6. ПРОВЕРКА ТОКА ГИРОСКОПОВ И ПОМПЫ (Допустимые значения рабочего тока: 200 мА + 40 мА) 240
  • 241. Тест 7. ПРОВЕРКА СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ 241
  • 242. Тест 8. ПРОВЕРКА ИНДИКАЦИИ (ПОКАЗАНИЙ) КУРСА (Условия: гиросфера занимает установившееся положение). 242
  • 243. Тест 9. ПРОВЕРКА СОВПАДЕНИЯ ПОКАЗАНИЙ ГИРОКОМПАСА И РЕПИТЕРОВ 243
  • 244. 7. ГИРОКОМПАС ТИПА TG – 5000 (ЯПОНИЯ) 7.1. Конструкция гирокомпаса Комплект гирокомпаса включает в себя два прибора: основной прибор и прибор трансляции курса (рис. 7.1). Кроме того на этом рисунке отдельно показана верхняя часть основного прибора. Рис. 7.1. Комплект гирокомпаса 244
  • 245. 7.1.1. Основной прибор Основной прибор (см. рис. 7.1) включает в себя два отделения: гиросекцию и блок питания. Гиросекция. Гиросекция представленная в двух проекциях (соответственно рис. 7.3 и 7.4) является главным органом всей гирокомпасной системы. По этой причине знание устройства, принципа действия и правил технического обслуживания гиросекции является необходимым условием сохранения высокой точности прибора в течение продолжительного времени эксплуатации. Чувствительный элемент. Основной частью гиросекции является чувствительный элемент гирокомпаса (рис. 7.5). Указанный чувствительный элемент с помощью двух кардановых колец (установочного и горизонтального), а также с помощью следящего кольца прикреплен к поддерживающей плате. Вся эта конструкция укреплена на втулке, которая может поворачиваться по отношению к неподвижным частям основного прибора в горизонтальной плоскости на шарикоподшипниковой опоре, выполненной на двух шарикоподшипниках. Перейдем к детальному рассмотрению устройства чувствительного элемента. Гиросфера. Основной частью чувствительного элемента является гиросфера (рис. 7.6). Гиросфера представляет собой герметичный шар диаметром 108 мм., внутри которого расположен гиромотор, состоящий из ротора, шарикоподшипниковых опор ротора и его электрического привода. Диаметр ротора 98 мм и ширина 30 мм. Ротор совершает приблизительно 12000 об./мин. Ротор вращается против часовой стрелки, если смотреть на него с северной стороны. Внутри гиросферы вначале создается вакуум, а затем закачивается небольшое коли245
  • 246. чество гелия с тем, чтобы улучшить теплоотвод энергии, выделяемой ротором гиромотора при работе. Для смазки шарикоподшипниковых опор применяется специальная высококачественная консистентная смазка. Ротор отбалансирован с высокой точностью так, что практически не создает вибрации при своем вращении. Для питания гиромотора используется однофазный ток, который превращается в трехфазный с помощью конденсаторов. С северной и южной стороны гиросферы установлены статорные обмотки двух датчиков угла, включенных по специальной схеме. Входные устройства для ввода питания внутрь гиросферы закреплены на восточной и западной стороне установочной рамы, с которой гиросфера жестко скреплена. Гиросфера полностью погружена в высоковязкую силиконовую жидкость. В этом состоянии центр тяжести гиросферы (центр массы) совпадает с ее центром плавучести. Вес гиросферы отрегулирован так, чтобы будучи погруженной в силиконовую жидкость, гиросфера обладала отрицательной плавучестью. Проволочный подвес. Гиросфера (точнее установочная рама, с которой она жестко связана) имеет проволочный (торсионный) подвес. Как видно из рис. 7.5 и 7.7, гиросфера подвешена по отношению к верхней части контейнера чувствительного элемента. Подвес реализован с помощью двух проволок, на которых подвешен брус подвеса, к которому, в свою очередь, также с помощью двух проволок подвешена установочная рама гиросферы. Проволочный подвес имеет и другую функцию – через него подводится электропитание к гиромотору. По этой причине проволочный подвес имеет керамические изоляторы в местах его соприкаосновения с металлическими деталями. 246
  • 247. Рис. 7.2. Нактоуз гирокомпаса. 247
  • 248. Рис. 7.3. Гиросекция 248
  • 249. Рис. 7.4. Гиросекция 249
  • 250. Рис. 7.5. Чувствительный элемент 250
  • 251. Рис. 7.6. Гиросфера Чувствительный элемент. Как следует из рис. 7.5, чувствительный элемент, представляющий собой фигурный контейнер, состоит из двух неравных частей: верхней и нижней. Вся нижняя и верхняя часть до уровня, отмеченного на рисунке, заполнены очень вязкой силиконовой жидкостью. В верхней части чувствительного элемента установлена пластина, которая позволяет силиконовой жидкости изменять свой объем при ва251
  • 252. риациях температуры. Имеется винтовое устройство для регулировки упругости проволочного подвеса. Кроме того, на верхней части чувствительного элемента установлен уровень для определения и контроля угла подъема гиросферы. Каждое деление уровня равно двум угловым минутам. В нижней части чувствительного элемента установлена пластиковая полусфера. Регулировочный механизм позволяет менять величину зазора (и, тем самым, величину момента трения) между указанной полусферой и гиросферой с тем, чтобы обеспечить требуемую точность гирокомпаса в условиях качки судна. Чувствительный элемент легко снимается с кольца карданова подвеса, в котором он установлен. Рис. 7.7. Чувствительный элемент 252
  • 253. Датчик угла. Как уже было отмечено ранее, статорные обмотки датчика угла, измеряющего угол наклона гиросферы по отношению к контейнеру, установлены на северной и южной стороне гиросферы (см. рис. 7.6). Роторные обмотки указанного датчика угла укреплены на контейнеры напротив статорных обмоток. Рассматриваемый датчик угла предназначен для выработки трех электрических сигналов, пропорциональных углу наклона гиросферы, углу рассогласования азимутальной следящей системы и углу рассогласования горизонтальной следящей системы. Это позволяет осуществить специальная схема включения роторных обмоток двух датчиков. Горизонтальное кольцо. Как видно из рис. 7.3 и 7.4, сборочное кольцо, к которому прикреплен чувствительный элемент, присоединено к горизонтальному кольцу, которое, в свою очередь, подвешено на следящем кольце. Механизм горизонтной следящей системы установлен на западной стороне горизонтального кольца. Назначение этой следящей системы состоит в том, чтобы отслеживать движение гиросферы вокруг горизонтальной оси. Кроме того, на западной же стороне горизонтального кольца установлен усилитель горизонтной следящей системы. Следящее кольцо. Как это видно из рис. 7.3 и 7.4, следящее кольцо поддерживает горизонтальное кольцо и чувствительный элемент. В свою очередь втулка следящего кольца закреплена как в направляющих вращения в двух шариковых подшипниках, установленных в центральной части поддерживающей платы. С северной стороны горизонтального кольца размещен жидкостный демпфер, предназначенный для демпфирования колебаний, вызываемых качкой судна. В верхней части следящего кольца расположен азимутальный механизм. Этот азимутальный механизм является последним звеном азимутальной следящей системы, в которую также входят: усилитель азимутальной следящей системы, азимутальный следящий двигатель и промежуточный механизм. В верхней части следящего кольца уста253
  • 254. новлен датчик угла линейного типа, который предназначен для съема азимутального угла компаса, отягощенного скоростной девиацией. Далее сигнал, выработанный указанным датчиком угла, суммируется с корректирующим сигналом. После этого очищенный сигнал усиливается, передается на второй азимутальный следящий двигатель, который вращает картушку центрального прибора гирокомпаса, показывающую исправленный курс, а также датчик транслятора курса (датчик курса). Датчик курса, в свою очередь, передает угол курса в блок трансляции курса и далее на репитеры. Функциональная схема азимутальной следящей системы и системы коррекции скоростной девиации представлена на рис. 7.8. Рис. 7.8. Функциональная схема азимутальной следящей системы коррекции скоростной девиации ГК. 254
  • 255. Поддерживающая плита. Как это видно из рассмотрения рис. 7.3 и 7.4, поддерживающий стол закрывает сверху поворачивающийся чувствительный элемент и следящее кольцо и служит плитой, на которой установлены азимутальный следящий механизм, блок питания усилителя азимутальной следящей системы и собственно азимутальный усилитель, а также блок щеткодержателя (коллектор), датчик курса и лампа подсветки. Механизм азимутальной следящей системы включает в себя: следящий двигатель, датчик курса и редуктор. Кроме того, на поддерживающем столе установлен корректирующий азимутальный следящий двигатель (двигатель – корректор скоростной девиации) и второй датчик – транслятор курса (транслятор откорректированного курса), а также редукторный механизм. Поддерживающий стол имеет антиударный подвес. Нактоуз. Как видно из рис. 7.2, нактоуз состоит из основания, снабженного антиударными амортизаторами, и корпуса. Нактоуз имеет водонепроницаемое исполнение. Верхняя часть нактоуза имеет застекленную часть (диаметром 220 мм), через которую можно снимать отсчеты курса с картушки основного прибора гирокомпаса. Блок питания. Вторым основным отделением основного прибора гирокомпаса является блок питания. На рис. 7.2 показано его расположение в основном приборе, а на рис. 7.9 представлена его блок-схема. Блок питания предназначен для снабжения питанием всей гирокомпасной системы и состоит из двух частей, одна из которых предназначена для питания гиросекции, а вторая – для питания репитерной системы. Блок питания включает в себя: – силовой блок; – выпрямительный блок; – таймер; 255
  • 256. – панель выключателя (включает в себя выключатель компаса и элементы сигнального устройства). Рис. 7.9. Блок питания Рис. 7.10. Прибор трансляции курса 256
  • 257. 7.1.2. Прибор трансляции курса Прибор трансляции курса (рис. 7.10) предназначен для размножения показаний курса, выработанного в основном приборе компаса, и передачи показаний курса на все репитеры (всем потребителям курса). В приборе трансляции курса установлен усилитель системы шаговой трансляции курса, устройство сигнализации о прекращении питания гирокомпаса от судовой сети (зуммер), а также панель корректора, вырабатывающая сигнал коррекции скоростной девиации (включает в себя рукоятки установки широты и скорости). 7.1.3. Прибор переключения основных приборов сдвоенной комплектации гирокомпаса Возможен вариант установки на судне сдвоенной комплектации гирокомпаса TG – 5000. В этом случае в комплект включаются два основных прибора, два прибора трансляции курса и прибор переключения основных приборов. В приборе переключения имеется устройство сличения показаний двух основных приборов, устройство для установки разницы показаний двух основных компасов, устройство сигнализации при возникновении различия в показаниях, превышающих заданную величину, выключатель сигнализации (зуммера), а также сигнальная лампа. 7.2. Техническое обслуживание гирокомпаса 7.2.1. Запуск гирокомпаса Запуск гирокомпаса в режиме "SLEW". Если курс судна перед запуском гирокомпаса известен с достаточной точностью по показаниям магнитного компаса или по азимуту причала, у которого судно ошвартовано, то запуск гирокомпаса производится в соответствии со следующей процедурой: – Поставить переключатель режимов запуска (рис. 7.11), расположенный на боковой стенке блока питания в положение "SLEW" ("РАЗВОРОТ" или "ВЫНУЖДЕННЫЙ РАЗВОРОТ"). Выждать некоторое время, до тех пор пока не загорится красная лампочка (примерно 4 мин). 257
  • 258. Рис. 7.11. Переключатель режимов запуска. – После того, как загорится красная лампочка, переключить выключатель режима "РАЗВОРОТ" в левое или правое положение (в зависимости от требуемого направления разворота гирокомпаса с тем, чтобы на картушке основного прибора установился нужный отсчет курса судна). – Когда картушка достигнет нужного отсчета, переставить переключатель режимов в положение "RUN" ("РАБОТА"). При выполнении рассмотренной последовательности действия гирокомпас придет точно в положение истинного меридиана за время в пределах двух часов. Запуск гирокомпаса в режиме "RUN". Если перед запуском гирокомпаса отсутствует достаточно достоверная информация о курса судна, запуск гирокомпаса выполняется в соответствии со следующей процедурой: – Поставить переключатель режимов запуска гирокомпаса в положение "RUN" ("РАБОТА"). При этом должна загореться зеленая лампочка. – Выждать примерно 4 часа пока гирокомпас придет в положение плоскости истинного меридиана, а на картушке основного прибора гирокомпаса установится истинный курс судна. Примечание. При переключении переключателя режимов запуска гирокомпаса из положения "SLEW" в положение "RUN" необходимо сначала его установить в положение "OFF" ("ОТКЛЮЧЕНО"), а затем повернуть в положение "RUN". 258
  • 259. 7.2.2. Остановка гирокомпаса Для того, чтобы остановить (выключить) гирокомпас, необходимо переключатели режимов запуска гирокомпаса поставить в положение "OFF". 7.2.3. Регулировка степени освещенности картушки основного прибора Для выполнения регулировки освещенности картушки основного прибора гирокомпаса необходимо использовать рукоятку "DIMMER" (реостат для регулирования силы света лампы) (см. рис. 7.11). Когда эта р