Навигационные приборы и инструменты. Устройство магнитного компаса. Что такое магнитный компас? Морской магнитный компас

Содержание статьи

КОМПАС, прибор для определения горизонтальных направлений на местности. Применяется для определения направления, в котором движется морское, воздушное судно, наземное транспортное средство; направления, в котором идет пешеход; направления на некоторый объект или ориентир. Компасы подразделяются на два основных класса: магнитные компасы типа стрелочных, которыми пользуются топографы и туристы, и немагнитные, такие, как гирокомпас и радиокомпас.

Картушка компаса.

Для определения направлений в компасе имеется картушка (рис. 1) – круговая шкала с 360 делениями (соответствующими одному угловому градусу каждое), размеченными так, что отсчет ведется от нуля по часовой стрелке. Направлению на север (норд, N, или С) обычно соответствует 0° , на восток (ост, O, E, или В) – 90° , на юг (зюйд, S, или Ю) – 180° , на запад (вест, W, или З) – 270° . Это главные компасные румбы (страны света). Между ними расположены «четвертные» румбы: норд-ост, или С-В (45° ), зюйд-ост, или Ю-В (135° ), зюйд-вест, или Ю-З (225° ) и норд-вест, или С-З (315° ). Между главными и четвертными расположены 16 «основных» румбов, таких, как норд-норд-ост и норд-норд-вест (некогда было еще 16 румбов, таких, как «норд-тень-вест», называвшихся просто румбами).

МАГНИТНЫЙ КОМПАС

Принцип действия.

В приборе, указывающем направление, должно быть некое опорное направление, от которого отсчитывались бы все другие. В магнитном компасе таким направлением служит линия, соединяющая Северный и Южный полюса Земли. В этом направлении сам собой устанавливается магнитный стержень, если его подвесить так, чтобы он мог свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости. Дело в том, что в магнитном поле Земли на магнитный стержень действует вращающая пара сил, устанавливающая его в направлении магнитного поля. В магнитном компасе роль такого стержня играет намагниченная стрелка, которая при измерении сама устанавливается параллельно магнитному полю Земли.

Стрелочный компас.

Это самый распространенный вид магнитного компаса. Он часто применяется в карманном варианте. В стрелочном компасе (рис. 2) имеется тонкая магнитная стрелка, установленная свободно в своей средней точке на вертикальной оси, что позволяет ей поворачиваться в горизонтальной плоскости. Северный конец стрелки помечен, и соосно с ней закреплена картушка. При измерении компас необходимо держать в руке или установить на штативе так, чтобы плоскость вращения стрелки была строго горизонтальна. Тогда северный конец стрелки будет указывать на северный магнитный полюс Земли. Компас, приспособленный для топографов, представляет собой пеленгаторный прибор, т.е. прибор для измерения азимута. Он обычно снабжен зрительной трубой, которую поворачивают до совмещения с нужным объектом, чтобы затем считать по картушке азимут объекта.

Жидкостный компас.

Жидкостный компас, или компас с плавающей картушкой, – это самый точный и стабильный из всех магнитных компасов. Он часто применяется на морских судах и потому называется судовым. Конструкции такого компаса разнообразны; в типичном варианте он представляет собой наполненный жидкостью «котелок» (рис. 3), в котором на вертикальной оси закреплена алюминиевая картушка. По разные стороны от оси к картушке снизу прикреплены пара или две пары магнитов. В центре картушки имеется полый полусферический выступ – поплавок, ослабляющий нажим на опору оси (когда котелок наполнен компасной жидкостью). Ось картушки, пропущенная через центр поплавка, опирается на каменный подпятник, изготовляемый обычно из синтетического сапфира. Подпятник закреплен на неподвижном диске с «курсовой чертой». В нижней части котелка имеются два отверстия, через которые жидкость может переливаться в расширительную камеру, компенсируя изменения давления и температуры.

Картушка плавает на поверхности компасной жидкости. Жидкость, кроме того, успокаивает колебания картушки, вызываемые качкой. Вода не годится для судового компаса, так как она замерзает. Используется смесь 45% этилового спирта с 55% дистиллированной воды, смесь глицерина с дистиллированной водой либо высокочистый нефтяной дистиллят.

Котелок компаса отлит из бронзы и снабжен стеклянным колпаком с уплотнением, исключающим возможность протечки. В верхней части котелка закреплено азимутное, или пеленгаторное, кольцо. Оно позволяет определять направление на различные объекты относительно курса судна. Котелок компаса закреплен в своем подвесе на внутреннем кольце универсального (карданного) шарнира, в котором он может свободно поворачиваться, сохраняя горизонтальное положение, в условиях качки.

Котелок компаса закрепляется так, что его специальная стрелка или метка, называемая курсовой, либо черная линия, называемая курсовой чертой, указывает на нос судна. При изменении курса судна картушка компаса удерживается на месте магнитами, неизменно сохраняющими свое направление север – юг. По смещению курсовой метки или черты относительно картушки можно контролировать изменения курса.

ПОПРАВКА КОМПАСА

Поправкой компаса называется отклонение его показаний от истинного норда (севера). Ее причины – девиация магнитной стрелки и магнитное склонение.

Девиация.

Компас показывает на т.н. компасный, а не на магнитный норд (северный магнитный полюс), и соответствующая угловая разность направлений называется девиацией. Она обусловлена наличием местных магнитных полей, налагающихся на магнитное поле Земли. Местное магнитное поле могут создавать корпус судна, груз, крупные массы железных руд, расположенные неподалеку от компаса, и другие объекты. Правильное направление получают, учитывая в показаниях компаса поправку на девиацию.

Судовой магнетизм.

Местные магнитные поля, создаваемые корпусом судна и охватываемые понятием судового магнетизма, делятся на переменные и постоянные. Переменный судовой магнетизм наводится в стальном корпусе судна магнитным полем Земли. Напряженность переменного судового магнетизма изменяется в зависимости от курса судна и от географической широты. Постоянный судовой магнетизм наводится в процессе постройки судна, когда под влиянием вибрации, вызываемой, например, операциями клепки, стальная обшивка становится постоянным магнитом. Напряженность и полярность (направление) постоянного судового магнетизма зависят от местоположения (широты) и ориентации корпуса судна в период его сборки. Постоянный магнетизм частично теряется после спуска судна на воду и после того, как оно побывает в бурном море. Кроме того, он несколько изменяется в процессе «старения» корпуса, но его изменения существенно уменьшаются после эксплуатации судна в течение года.

Судовой магнетизм можно разложить на три взаимно перпендикулярные компоненты: продольную (относительно судна), поперечную горизонтальную и поперечную вертикальную. Отклонения магнитной стрелки, обусловленные судовым магнетизмом, корректируют, помещая возле компаса постоянные магниты, параллельные этим компонентам.

Нактоуз.

Судовой компас обычно устанавливается в универсальном шарнире на специальной подставке, называемой нактоузом (рис. 4). Нактоуз жестко и надежно прикрепляется к палубе судна, обычно на средней линии последнего. На нактоузе устанавливаются также магниты, компенсирующие влияние судового магнетизма, и закрепляется защитный колпак для компаса с внутренним осветителем картушки. Ранее нактоуз выполнялся в виде резной фигуры из дерева, но на современных судах это просто цилиндрический стенд.

Магнитное склонение.

Магнитное склонение – это угловая разница между магнитным и истинным нордом, обусловленная тем, что магнитный северный полюс Земли смещен на 2100 км относительно истинного, географического.

Карта склонений.

Магнитное склонение изменяется по времени и от точки к точке на земной поверхности. В результате измерений магнитного поля Земли получены карты склонения, которые дают величину магнитного склонения и скорость его изменения в разных районах. Контуры нулевого магнитного склонения на таких картах, исходящие из северного магнитного полюса, называются агоническими линиями или агонами, а контуры равного магнитного склонения – изогоническими или изогонами.

Учет поправки компаса.

В настоящее время находит применение целый ряд разных способов учета поправки компаса. Все они одинаково хороши, а потому достаточно привести для примера лишь один, принятый в ВМС США. Девиации и магнитные склонения к востоку считаются положительными, а к западу – отрицательными. Вычисления производят по следующим формулам:

Магн. напр. = Комп. напр. + Девиация,

Комп. напр. = Магн. напр. + Склонение.

Рис.2.4

Картушка 6 компаса может иметь 2, 4, или 6 постоянных, жестко с нею связанных, стержневых магнитов 1 , оси которых параллельны, а размеры попарно одинаковы.

Имеются компасы, в которых вместо стержневых магнитов используется один кольцевой. Это позволяет улучшить динамику картушки МК и снизить уровень девиации высших порядков. Кроме того, снижается трудоемкость изготовления компаса за счет упрощения операций балансировки картушки и исключения необходимости проверок магнитов-стрелок.

Устанавливается картушка на шпильку 10 таким образом, чтобы точка опоры находилась выше её центра масс, что делает подвес устойчивым при наличии внешних возмущающих воздействий, порождаемых, например, качкой судна. В отдельных МК, например, КМ-145 используется обращенная схема подвеса, в которой шпилька связана с картушкой, а топка, в которую она упирается, с котелком. Это менее удачная конструкция так как осложняет процесс замены шпильки в судовых условиях. В модернизированном варианте компаса КМ 145 вернулись к схеме, представленной на рис. 2.4 .

Для снижения давления картушки на опорную шпильку она снабжается поплавком 7 . На верхней плоскости картушки размещается курсовая шкала 5 .

В котелок 9 , куда помещена картушка, заливается морозостойкая жидкость. Эта жидкость должна полностью заполнять его объём. Однако в силу различных причин под стеклом котелка могут образовываться воздушные пузырьки, мешающие снимать информацию с компаса. Для удаления этих пузырьков по периметру котелка установлена перегородка 2 ,выделяющая некоторый объём 3 , заполненный воздухом, в который и перемещаются пузырьки при покачивании котелка компаса. Эта же полость используется для компенсации изменения объема жидкости при изменении ее температуры. Имеются и иные конструктивные варианты решения указанной задачи.

Котелок компаса устанавливается с помощью подшипников в кольце подвеса 4 , которое так же с помощью подшипников монтируется в нактоузе МК. В результате образуется карданов подвес. К нижней части котелка крепится груз 12 , благодаря чему его центр масс смещается вниз относительно оси подвеса, обеспечивая, тем самым, его повышенную устойчивость при наличии качки судна. Здесь же устанавливается индукционный датчик 11 , измеряющий углы поворота картушки, если МК

имеет систему дистанционной передачи информации. В верхней части котелка имеется азимутальная шкала 8 , с помощью которой измеряются курсовые углы ориентиров.

Верхняя часть нактоуза может поворачиваться относительно его нижней части вместе с котелком. Кроме того, сам котелок можно разворачивать относительно верхней части нактоуза. В качестве примера на рис. 2.5 показана верхняя часть нактоуза МК “Сектор”. Здесь, котелок 1 совместно с кардановым подвесом установлен в нактоузе 2 с помощью пружин 6 , предохраняющих его от влияния вибрации и ударов. Котелок снабжен пеленгатором 3 . С помощью шкал 4 и 5 измеряются курс судна и курсовые углы ориентиров, соответственно. Как уже было указано выше, бруски 7 и 8 используются для компенсации девиации МК.

Рис. 2.7

Рис. 2.6

Рассмотренный вариант устройства котелка МК является типовым. Однако наряду с ним применяются и другие конструктивные варианты. Так, с целью снижения влияния качки судна на работу компаса в ряде изделий, например, в компасе КМ-145 (рис. 2.6), поплавок 1 снабжается дополнительным кожухом 2 , сообщающимся с рабочей камерой котелка, в результате чего он оказывается заполненным поддерживающей жидкостью 3 . Наличие указанного кожуха приводит к увеличению периода собственных колебаний подвижной системы компаса, что положительно сказывается на его работе. Так, динамическая устойчивость чувствительного элемента этого компаса в условиях качки превышает устойчивость картушки компаса УКП-М, не имеющего дополнительного кожуха в два раза .

В упомянутых ранее компасах “Галс” (рис. 2.7) для маломерных судов картушка 2 , включающая в себя два магнита 1 , не имеет поплавка. Шкалы с ценой деления 5 0 нанесены на ее внешней горизонтальной 3 и боковой цилиндрической 4 поверхностях. Элементы опорного устройства, входящие в состав картушки, включают в себя корундовый подпятник и коническую деталь 2, предохраняющую ее от боковых перемещений. В корпус картушки вставлен упор-указатель 5 , с шариком на свободном конце, служащий для предотвращения ее вертикального перемещения и одновременно выполняющий роль указателя крена и дифферента судна. Последнее возможно потому, что картушка обладает свойствами физического маятника.

Рис.2.9

Картушка устанавливается на шпильке 11 (рис. 2.9), которая ввинчивается во внутреннюю рамку 1 карданова подвеса. Опоры наружного кольца 2 карданова подвеса устанавливаются в корпусе 4 котелка компаса. Груз 6 обеспечивает вертикальность оси шпильки в процессе качки судна.

Рабочая камера котелка закрыта сверху полусферической прозрачной крышкой 3 и полностью заполнена жидкостью ПМС-5. Вследствие этого возникает увеличение изображения шкалы и ее видимый диаметр возрастает до 160 мм.

В нижней стенке корпуса имеется отверстие 7 , соединяющее рабочую и компенсационную камеры. В компенсационной камере воздушный объем отделен от жидкости эластичной диафрагмой 5. Колебания жидкости, вызванные механическими воздействиями на компас, гасятся чашкой 9 и экраном 10 . В центре дна котелка имеется отверстие, закрытое пробкой 8 , для заполнения котелка жидкостью. Ко дну котелка может крепиться девиационный прибор.

На рис. 2.10 представлен общий вид прибора КМС-160. Здесь 1 – сферическое стекло, 2 – компенсаторы девиации, 3 – нактоуз.

Качество работы МК существенно зависит от динамических характеристик его картушки, которые определяются параметрами собственного и вынужденного ее движений. Рассмотрим основные из этих параметров.

Сложно назвать более распространенный и популярный прибор навигации, чем компас. С данным инструментом путешественника многие знакомятся еще в детстве, совершая первые в своей жизни походы. Но далеко не все знакомы с его принципом работы и техническими характеристиками. И хотя сегодня появляется все больше альтернативных устройств, сохраняет свою востребованность классический магнитный компас, который используют и геологи, и туристы, и любители экстремальных видов спорта.

Устройство прибора

Функциональную основу любого компаса такого типа составляет чувствительный элемент в виде картушки. Он представляет собой магнитное устройство с латунным поплавком, топкой и ободным элементом, который фиксирует панель с градусной шкалой. В латунные пазы интегрируются стрелки магнитного компаса - система обычно формируется шестью элементами, которые выставляются парами и симметрично относительно друг друга. Центральную часть устройства представляет донная часть поплавка с конусом, вершина которого выступает базой для агатовой топки. Здесь стоит отметить, что исполнения магнитных систем могут быть разными - жидкостными и стрелочными, что обуславливает уже другие особенности конструкции.

Принцип работы

В устройстве, которое предназначено для указания полюса, обязательно предусматривается базовая направленность. От нее берут отчет все другие направления. Указателем выступает линия, которая соединяет Южный и Северный полюса. Как раз по этому контуру и проходит магнитный стержень. К слову, его можно разместить в подвешенном состоянии и он по умолчанию будет ориентироваться именно на эту линию. Связано это с тем, что магнитное поле компаса в естественном режиме управляется вращающейся парой магнитных сил Земли. В качестве стержня используется стрелка, которая служит для наглядного измерения направлений по градусной шкале.

Разновидности

Как уже говорилось, выделяют стрелочный и жидкостный приборы, работающие на магнитном основании. Чаще используются модели первого типа. Это ручные портативные устройства, в которых применяется магнитная тонкая стрелка. Она свободно располагается в средней точке относительно вертикальной оси и без препятствий перемещается по горизонтали. Окончание стрелки на северной части имеет пометку, а в соосном сопряжении с ней устанавливается катушка. В процессе измерения прибор можно держать в руках или на специальной базе штатива.

Жидкостный магнитный компас обеспечивается плавающим чувствительным элементом. У него более точный принцип измерения по сравнению со стрелочным аналогом. Такие приборы также называют судовыми, так как их используют мореплаватели. Конструкции жидкостных компасов разнообразны. Классический вариант представляет собой так называемый «котелок» с алюминиевой катушкой, зафиксированной на вертикальной оси. На разных сторонах относительно нее закрепляются пары магнитов, а в центральной части - поплавок. В зависимости от сил, компенсирующих давление или температуру, жидкость переходит в сопряженную камеру, управляя показаниями прибора.

Девиация компаса

На действие магнитного поля могут оказывать влияние сторонние металлические элементы. Особенно это явление распространено на суднах, обшивка которых с момента строительства обретает выраженные магнитные свойства. Соответственно, окружающие компас конструкции могут искажать его показания, что и обеспечит эффект девиации. Критическое воздействие приводит к отклонению стрелки от меридиана. Это происходит, если на прибор действуют не только магнитные силы, но и электрический ток. Пользователи часто фиксируют девиацию, которая проявляется в виде сформированного угла плоскости между подлинным горизонтом и указанным меридианом. При этом различают несколько типов отклонений. Если наблюдается, что северная часть меридиана имеет отклонение от истинного направления к востоку, то, соответственно, девиация магнитного компаса будет называться остовой. В случае отклонения к западной стороне - вестовой. Существенное отклонение создает трудности для штурмана, что обуславливает необходимость восстановления изначальной работоспособности прибора. Решается эта задача посредством искусственного создания сил, компенсирующих девиацию. Для этого изначально готовятся металлические бруски, которыми обкладывается прибор.

Что такое магнитное склонение?

Отчасти связанное с девиацией отклонение от истинных показаний компаса, при котором отмечается угловая разница между указанным и настоящим нордом. Возникает склонение по той причине, что магнитный полюс в северной части смещен на 2100 км относительно подлинного географического. Степень склонения может меняться в зависимости от времени и положения точки на земной поверхности. Практические исследования этого явления на данный момент позволили сформировать карту, на которой обозначены величины коррекции в виде изотонических линий. С другой стороны, магнитное склонение компаса должно ориентироваться и на агонические контуры, которые показывают истинные северные полюса.

Поправка прибора

Не во всех случаях удается исключить и даже минимизировать негативные воздействия на компас, обусловливающие разного рода отклонения. Поэтому выходом становится поправка работы компаса, в которой делается искусственная компенсация с учетом величины отклонения. Главная задача пользователя как раз заключается в определении степени искажения. Универсальная же поправка магнитного компаса в случае склонения делается с плюсовой и минусовой коррекцией. Первый вариант применяется, если речь идет об отклонении к востоку, а второй способ поправки - если имеет место вестовое склонение.

Техобслуживание прибора

Если сторонних помех не наблюдается и нет оснований для устранения склонений, то некорректная работа устройства может свидетельствовать о его неисправности. В этом случае необходимо произвести комплексное обследование конструкции прибора, выполнить чистку его рабочих элементов и проверить жидкостный наполнитель. Особое внимание уделяется наружным частям и котелку. Их следует протирать ветошью с мягким ворсом при минимальных колебаниях для чувствительной начинки. Если планируется оставлять магнитный компас на длительное время хранения, то его поверхности покрываются защитной смазкой для консервации. Также проверяется и качество работы осветительных элементов, если они предусматриваются конструкцией. Если к прибору подведены электротехнические соединения для питания вспомогательных рабочих компонентов, нужно оценить и качество изоляции проводки.

Преимущества магнитных моделей компаса

Несмотря на устаревающий принцип действия, такие приборы продолжают использоваться в том же морском транспорте. К их сильным сторонам относят не только высокую точность, но и надежность. К тому же, современные версии приборов обретают все новые свойства и улучшаются в базовых эксплуатационных качествах. Это в первую очередь относится к технико-конструкционной части, ориентирующейся на многолетнюю эксплуатацию. Конечно, и электронные модели обеспечиваются высокопрочными стойкими корпусами, а также имеют компактные размеры. Но магнитный компас в процессе работы не зависит от погодных явлений и энергообеспечения. Единственное условие сохранения надлежащей работоспособности сводится к качественному выполнению настройки с поправкой и техническому обслуживанию.

В заключение

Использование магнита как чувствительного элемента в системах навигации не только не уходит в прошлое, но и обретает новые формы применения. Компас как средство обработки сигналов и демонстрации показаний действительно устаревает, но взамен приходят цифровые приборы. Так, с помощью магнитных датчиков и специальных приложений в современных смартфонах можно определять части света даже без Интернета. В то же время компас без магнитного датчика в мобильном устройстве может работать с подключенной спутниковой связью GPS, но это уже совсем другой принцип действия. Сам же физический корпус прибора продолжает сохранять актуальность в областях, где предъявляются высокие требования к защите устройства. Несколько слоев изоляции, ударопрочное стекло и прорезиненные накладки для удобного хвата - первостепенные качества, на которые обращают внимание путешественники, охотники и штурманы. Очевидно, что в диких и суровых условиях эксплуатации добротный классический компас не может быть заменен ни смартфоном с датчиками, ни другой навигационной электроникой.

Глава IX . Навигационные приборы и инструменты.

Для обеспечения безопасности плавания, контроля за движением судна и его местонахождением относительно береговых предметов в судовождении применяются различные навигационные приборы и инструменты:

а) для определения направлений - компасы, пеленгаторы;

б) для определения скорости хода судна и пройденного им расстояния - лаги (ручные, механические и т. д.);

в) для определения глубины моря - лоты (ручные, механические и эхолоты);

г) угломерные инструменты (секстаны), часы, бинокли, оптические дальномеры;

д) инструменты для работы на карте - транспортир штурманский, линейка параллельная, циркуль, протрактор, грузики для карт.

Для маломерных судов основными навигационными приборами являются магнитные компасы, ручные лаги, лоты, прокладочный инструмент, бинокль и часы.

§ 30. Магнитные компасы.

1. Назначение и принцип действия.

Компасом называют навигационный прибор, предназначенный для определения курса судна и направлений на различные береговые или плавучие предметы, находящиеся в поле зрения судоводителя. Компас используется также для определения направления ветра и дрейфа судна. По показанию магнитного компаса производится управление судном, с его помощью определяют пеленги на береговые предметы. Обычно магнитный компас устанавливается на высоком открытом месте в диаметральной плоскости судна.

В магнитном компасе использовано свойство магнитной стрелки устанавливаться своими концами в направлении действующего на нее магнитного поля. На стрелку судового компаса, кроме магнитного поля земли, действует также магнитное поле, создаваемое на судне железным корпусом и железными предметами оборудования. Под действием этих двух сил магнитная стрелка устанавливается в плоскости компасного меридиана. Магнитный компас подвержен влиянию и других внешних сил, возникающих при качке, поворотах судна, которые выводят стрелку из устойчивого положения. На стрелку компаса влияет также вибрация корпуса от работы двигателя.

У морских * магнитных компасов роль стрелки выполняет система из четырех, шести и более тонких магнитов, помещенных в котелок с жидкостью, обеспечивающей быстрое гашение колебаний магнитной системы.

Воздушный поплавок поддерживает магнитную систему на плаву, что обеспечивает минимальное трение в точке подвеса. Морской магнитный компас снабжен специальным устройством - девиационным прибором, уменьшающим воздействие на магнитную систему компаса магнитного поля железного корпуса судна. С помощью карданового подвеса обеспечивается горизонтальное положение котелка во время качки, крена и дифферента.

2. Устройство 127-миллиметрового магнитного компаса марки ГУ.

Морской магнитный 127-миллиметровый компас состоит из картушки, котелка, заполненного компасной жидкостью, пеленгатора, нактоуза. Для защиты в непогоду и для освещения картушки ночью имеется устройство, названное шаровым осветительным прибором.

Рис. 62 Картушка магнитного компаса: 1 - магнитные стрелки; 2 - картушка; 3 - поплавок

Картушка (рис. 62) является основной частью компаса. Она состоит из системы магнитных стрелок, поплавка с латунным ободком и диска со шкалой. Магнитная система состоит из шести стрелок. Поплавок изготовляется из тонкой листовой латуни. К нему припаиваются стрелки, помещенные в латунные пеналы. Поплавок уменьшает вес картушки и снижает давление на шпильку. Вдоль вертикальной оси поплавка сделано сквозное отверстие для топки, изготовленной из сапфира или агата. Своим нижним вогнутым основанием она соприкасается с острием компасной шпильки. Латунный ободок припаян к поплавку. К ободку винтами крепится опорный диск, вырезанный из слюды, на который наклеен бумажный диск картушки с градусной шкалой. Цена одного деления шкалы 1°. Большими латинскими буквами отмечены главные N , S , О, W и четвертные NO , NW , SO , SW румбы.

Котелок (рис. 63) представляет собой латунный резервуар, разделенный на две камеры: верхнюю - основную и нижнюю - дополнительную. В центре дна верхней камеры установлена латунная колонка со сквозным отверстием внутри. На верхнюю часть колонки на резьбе посажена компасная шпилька с напаянным на конце кусочком иридия. Внутри верхней камеры установлены две курсовые нити. Носовая курсовая черта служит индексом для отсчета курса судна. Внутренняя часть камеры окрашена в белый цвет. Дополнительная камера предназначена для компенсации объема жидкости при изменении температуры. Дном дополнительной камеры является тонкая латунная гофрированная диафрагма. При увеличении объема жидкости латунная диафрагма прогибается вниз, увеличивая объем нижней камеры. В среднюю часть диафрагмы вставлено небольшое световое стекло с отверстием посредине, закрытым пробкой. Через это отверстие производится замена или затачивание шпильки. Снизу картушка освещается электрической лампочкой, ввернутой в гнездо донной части котелка. Сверху котелок закрывается толстым стеклом, установленным на резиновой прокладке. Стекло закрепляется латунным азимутальным кольцом, разбитым на градусы от 0 до 360. По шкале азимутального кольца определяются курсовые углы видимых предметов с помощью пеленгатора. Нулевое деление шкалы азимутального круга смещено от диаметральной плоскости судна влево на 30° для удобства пользования пеленгатором. В нижней части котелка имеется свинцовый груз, удерживающий плоскость азимутального круга котелка в горизонтальном положении. Котелок заполнен компасной жидкостью из 43% раствора этилового спирта. Доливка компасной жидкости производится через боковое отверстие в нижней камере котелка. Кардановый подвес позволяет котелку сохранять горизонтальное положение при качке.

Рис. 63. 127-миллиметровый компасный котелок с донным освещением системы ГУ: 1 - отражатель света; 2 - шпилька; 3-магнитные стрелки; 4 - курсовая черта; 5 - карданное кольцо; 6 - цапфа; 7-картушка; 8 - топка; 9 - поплавок; 10 - стекло; 11 - азимутальный круг; 12 - резиновая прокладка; 13 -верхняя камера; 14 - нижняя камера; 15 - диафрагма; 16 - световое окно; 17 - кольцо для вытаскивания патрона; 18 - патрон; 19 - электрическая лампочка

Пеленгатор (рис. 64) служит для определения направления на видимые предметы. Он состоит из основания, предметной и глазной мишеней, чашки для установки дефлектора. Основание пеленгатора изготовляется в виде крестовины или кольца. Пеленгатор ставится на азимутальном кольце компаса и поворачивается на нем в любом нужном направлении. Слева от глазной мишени расположен индекс для снятия отсчета с азимутального круга. Предметная мишень - это рамка, укрепленная на шарнире. Вдоль рамки натянута медная проволока - прицельная нить предметной мишени. Предметная мишень снабжена темным откидным зеркалом, которое необходимо для пеленгования небесных светил.

Глазная мишень представляет собой планку с прорезью. На мишень надета передвижная каретка с закрепленной в ней призмой, через которую производится отсчет с картушки компаса. 3 солнечную погоду глазная мишень прикрывается светофильтром. Чашка входит в комплект пеленгатора и служит для установки на нее прибора - дефлектора при производстве девиационных работ. При работе с пеленгатором судоводитель должен помнить, что призма дает отсчет шкалы в перевернутом изображении (справа налево).

Нактоуз (рис 65) представляет собой шкафчик с открывающейся в корму дверцей. Устанавливается и крепится к палубе на деревянной подушке. В нактоузе помещается девиационный прибор, предназначенный для уничтожения девиации. В верхнем части снаружи нактоуза размещены бруски, шары мягкого железа и магниты-уничтожители, предназначенные для компенсации девиации. На верхнем основании нактоуза укреплена латунная шейка с пружинным подвесом, на который подвешивается компас с карданным кольцом.

Рис 64. Пеленгатор 127-миллиметрового компаса: 1 - стойка для проворачивания пеленгатора; 2 -индекс; 3 - чашка пеленгатора; 4 - откидное зеркало; 5 - пеленгаторная нитка; 6 - предметная мишень; 7 - глазная мишень; 8 - откидной щиток; 9 - щель для дневного пеленгования; 10 - призма, 11 - откидной щиток призмы; 12 -винтики, крепящие оправу призмы; 13 - цветные стекла; 14 - лапки

Шаровой осветительный прибор (рис. 66) предназначен для освещения котелка компаса в случае отсутствия донного электрического освещения. С обеих сторон прибора вставлено по одному масляному фонарю. Кроме фонарей, в устройстве осветительного прибора предусмотрена электрическая лампочка. Пеленгование предметов с осветительным прибором производится через открывающиеся окна. Большое окно должно быть обращено к наблюдателю. Кроме осветительного прибора, может использоваться бра со щелевым отверстием и лампой внутри.

Конструктивно МК в значительной степени схожи, поэтому устрой­ство отдельных его узлов рассмотрим на примере компаса КМО-Т.

Котелок компаса (рис. 1.) состоит из корпуса, сверху и снизу закры­того прозрачными стеклянными крышками 1 и 2. Внутренняя полость котелка разделена стеклянным диском 3 на две части (камеры) – верхнюю 6 и нижнюю 9. В верхней части находится картушка 10 и шпилька 5. Магнитная система картушки состоит из трех пар стержневых маг­нитов 3. Градусные деления, цифры и обозначения выполнены в виде сквоз­ных отверстий (просечек) в шкале картушки.

На азимутальном кольце 14 котелка, прижимающем верхнюю стеклянную крышку, нанесены гра­дусные деления азимутального круга. Котелок заполнен компасной жидко­стью, которая представляет собой 64% водный раствор гидролизного технического спирта. На диске 3 закреплена колонка 4, в которую ввинчивается шпилька, а на её остриё топкой опирается картушка. По периметру камеры котелка к корпусу прикреплен кольцевой экран 11. В пространство между корпусом и экра­ном могут быть удалены пузырьки воздуха. Для удаления пузырьков нужно повернуть котелок на бок и подогнать пузырек к отверстию, имеющемуся в нижней части экрана.

Для отсчета курса по шкале картушки служит прикрепленный к внутренней стенке экрана индекс, выполненный в виде уголка с прорезью - курсовой чертой.

В нижней части котелка имеется диафрагма, которая находится между дном и диском 3 и обеспечивает компенсацию изменения объема жидкости при изменении температуры. Отверстие с винтовой пробкой для доливки в котелок компасной жидкости расположено на боковой стенке корпуса.

Шпилька ввинчивается через закрываемое пробкой донное отверстие во втулку 8 в стеклянном диске 3.

В верхней части на компас устанавливаются пеленгаторы . Они служат для пеленгования предметов и небесных светил с целью определения места судна, оценки поправки компаса и решения ряда других задач. С помощью пеленгаторов определяют также курсовые углы ориентиров.

Пеленгование можно осуществлять как непосредственно с котелка магнитного компаса, так и с репитеров для пеленгования. В первом случае, как правило, снимается отсчёт обратного пеленга, т.е. пеленга с ориентира на судно. Этот пеленг отличается от прямого на 180 0 . С репитеров для пеленгования (общих для гирокомпасов и МК) при наличии дополнительной зеркальной шкалы, сдвинутой относительно основной на угол 180 0 , снимаются значения прямого пеленга на ориентир.

Пеленгаторы могут отличаться друг от друга размерами, конструктивными особенностями, но все они имеют основание 7 (рис. 2), глазную мишень 4 , предметную мишень 2 , зеркало 1 для пеленгования небесных светил, расположенных на высоте более 20 0 , и набор светофильтров 3 , используемых для пеленгования Солнца. В комплект пеленгаторов, предназначенных для пеленгования с котелка компаса, входит перемычка 6 с чашкой 8 , на которой устанавливаются приборы при проведении девиационных работ.

Глазная мишень представляет собой планку с широкой вертикальной прорезью. Через эту прорезь можно наблюдать предметы при плохой видимости. При пеленговании днем прорезь прикрывают откидной шторкой с узкой щелью.

На планку надета каретка, несущая трехгранную призму 5 в металлической оправе, которая обеспечивает небольшое увеличение изображения делений картушки. Через призму снимают отсчет обратного магнитного пеленга.

На съемном мостике находится чашка, на которую устанавливают дефлектор – прибор, используемый при проведении девиационных работ, имеющих своей целью уменьшение ошибок компаса. Мостик закрепляется на компасе двумя гачками 9 . Чашка выполнена в форме цилиндра с фланцем, в которых проточены три отверстия для крепежных винтов. В цилиндрическую часть чашки ввинчен горизонтальный направляющий штифт, позволяющий правильно ориентировать дефлектор относительно визирной плоскости пеленгатора.

На пеленгаторе имеется индекс 10 для его ориентации относительно азимутальной шкалы компаса. Этот индекс смещен, как и азимутальная шкала, на 30 0 относительно визирной плоскости пеленгатора.

Нактоуз компаса (рис. 3), изготовленный из немагнитного сплава, со­стоит из основания 1 и корпуса 2. В нактоузе под колпаком 3 помещен котелок, а в его корпусе размещаются девиационный прибор, девиационная труба, специальное железо и элементы оптиче­ской системы. Нактоуз имеет в кормовой стороне два прямоугольных ок­на 5 и 6, закрываемых крышками: верхнее для доступа к девиационному прибо­ру, нижнее - для доступа к разъемам кабелей питания и элементам оптиче­ской системы. Окно с носовой стороны (на рисунке не показано) служит для доступа к верхней лин­зе оптической системы.

В верхней части колпака 3 на­ходится защитное стекло, которое имеет съемную предохранительную крышку. Четыре окна 15 с откидными крышками в колпаке используются для работы с пеленгатором при осадках.

Внутри нактоуза находится девиационный прибор. К нему относятся магниты для уничтожения полукруговой деви­ации и креновой магнит с уст­ройствами для изменения их по­ложения.

Магниты, создающие продоль­ную и поперечную силу, закреп­лены на шестернях 12 (рис. 4) с ручным при­водом. Две шестерни с двумя маг­нитами для создания продольной силы расположены в ДП судна. Они одновременно поворачиваются на равные углы во встречных на­правлениях вокруг горизонтальной оси с помощью рукоятки, на кото­рой нанесена буква В. .

Точно таким же образом уст­роено приспособление для поворо­та вокруг горизонтальной оси тех двух магнитов, которые предназна­чены для компенсации поперечной судовой силы, вызывающей полукруговую девиацию. Эти магниты, так же как и несущие их шестерни, расположены перпендикулярно ДП. Рукоятка для их вращения обо­значена буквой С. В отдельных случаях в нактоуз в ДП судна и перпендикулярно ДП устанавливаются дополнительные магниты 9. Их закрепляют в гори­зонтальном положении в гнездах вблизи основных магнитов.

Магнит 6, с помощью которого уничтожают креновую девиа­цию, находится в трубе 7 девиационного прибора в латунной оп­раве. Чтобы обеспечить переме­щение кренового магнита в вер­тикальном направлении, внутри трубы помещен стержень 14 с резь­бой. Вращая головку стержня за рукоятку 10, можно перемещать магнит вверх или вниз и устанавливать его на требуемом расстоянии от кар­тушки. После установки положение магнита фиксируется контрагайкой 11.

Четвертную девиацию ком­паса КМО-Т уничтожают с по­мощью четырех продольных брусков 3 и одной или двух попе­речных индукционных пластин 15. Бруски устанавливают на крон­штейнах 4 и в гнездах хомута немного ниже уровня стрелок картушки. Два бруска имеют прямоугольное сечение, а два дру­гих - круглое. Хомут с брусками может быть повернут на опреде­ленный угол относительно ДП, чем обеспечивается одновременное уничтожение обоих составляющих четвертной девиации. В нактоузе под котелком предусмотрено место 13 для компенсатора электромагнитной девиации.

Оптическая система (рис. 3) передает изображение шкалы картушки, поэтому рулевой видит светлые деления на темном фоне. В ночное время картушка подсвечивается снизу лампами, и рулевой видит на светлом фоне темное изображение делений картушки.

Труба оптического тракта состоит из трех секций: неподвижной 7 и двух выдвижных. Неподвижная секция крепится болтами к основанию нактоуза. Верхняя выдвижная секция 9 может перемещаться вверх и вниз, а нижняя 11 -также и разворачиваться вокруг оси.

При установке компаса на судне нактоуз размещается на верхнем мостике. Труба оптической системы через отверстие в палубном настиле и подволоке пропускается в рубку. Компас имеет прибор питания для его освещения и обогрева.

Оптическая схема системы представлена на рис. 5.Онасостоит из осветительной лампы 2, защитного стекла 3, двух линз (верхняя 4, нижняя 6 )обогреваемого стекла 7 и зеркала 9. Некоторые из перечисленных деталей расположены в нактоузе 5, а некоторые - в металлической трубе под ним.

Как показано на рисунке, на зеркало проектируется световой пучок от освещенного лампочкой сектора нижней стороны картушки 1 . Поэтому изображение шкалы в зеркале отражается в наи­более удобном для наблюдателя виде - значения градусных деле­ний и оцифровка читаются слева направо.

В качестве примера выполнения конструкции прибора на рис. 6 показана верхняя часть нактоуза МК “Сектор”. Здесь, котелок 1 совместно с кардановым подвесом установлен в нактоузе 2 с помощью пружин 6 , предохраняющих его от влияния вибрации и ударов. Котелок снабжен пеленгатором 3 . С помощью шкал 4 и 5 измеряются курс судна и курсовые углы ориентиров, соответственно. Как уже было указано выше, бруски 7 и 8 используются для компенсации девиации МК.

Рассмотренный вариант устройства котелка МК является типовым. Однако наряду с ним применяются и другие конструктивные варианты. Так, с целью снижения влияния качки судна на работу компаса в ряде изделий, например, в компасе КМ-145 (рис. 7), поплавок 1 снабжается дополнительным кожухом 2 , сообщающимся с рабочей камерой котелка, в результате чего он оказывается заполненным поддерживающей жидкостью 3 . Наличие указанного кожуха приводит к увеличению периода собственных колебаний подвижной системы компаса, что положительно сказывается на его работе.

В компасах для маломерных судов “Галс” (рис. 8) картушка 2 , включающая в себя два магнита 1 , не имеет поплавка. Шкалы с ценой деления 5 0 нанесены на ее внешней горизонтальной 3 и боковой цилиндрической 4 поверхностях. Элементы опорного устройства, входящие в состав картушки, включают в себя корундовый подпятник и коническую деталь, предохраняющую ее от боковых перемещений. В корпус картушки вставлен упор-указатель 5 , с шариком на свободном конце, служащий для предотвращения ее вертикального перемещения и одновременно играющий роль указателя крена и дифферента судна. Последнее возможно потому, что картушка обладает свойствами физического маятника.

Магнитный компас КМС 160 (компас магнитный сферический) предназначен для установки на стол пульта в ходовой рубке судна и это определяет особенности его конструкции. Магнитная система картушки (рис. 9) содержит 4стержневых магнита диаметром 3 мм, выполненных из сплава 52 КФТМ. Два средних магнита имеют длину 75 мм, а два крайних – 55 мм. Диаметр шкалы картушки составляет 125 мм, ее цена деления – 1 0 . Остаточный вес картушки в жидкости ПМС-5 составляет 0,035 Н.

Картушка устанавливается на шпильке (рис. 10), которая ввинчивается во внутреннюю рамку 1 карданового подвеса. Опоры наружного кольца 3 карданового подвеса устанавливаются в корпусе 4 котелка компаса. Груз 5 обеспечивает вертикальность оси шпильки в процессе качки судна.

Рабочая камера котелка закрыта сверху прозрачной полусферической крышкой 6 и полностью заполнена жидкостью ПМС-5. Вследствие этого возникает увеличение изображения шкалы и ее видимый диаметр возрастает до 160 мм.

В нижней стенке корпуса имеется отверстие 7 , соединяющее рабочую камеру с компенсационной камерой. В компенсационной камере воздушный объем отделен от жидкости эластичной диафрагмой 8 . Колебания жидкости, вызванные механическими воздействиями на компас, гасятся чашкой 9 и экраном 10 . В центре дна котелка имеется отверстие, закрытое пробкой 11 , для заполнения котелка жидкостью. Ко дну котелка может крепиться девиационный прибор.

Не все компасы устанавливаются в нактоузе. Чаще всего это имеет место у компасов, предназначенных для использования на маломерных судах. К ним относится упомянутые выше компас – горизонт «Галс» (рис. 11), устанавливаемый непосредственно в пульте рулевой рубки и компас КМС-160. Первый не имеет устройств для компенсации влияния судового магнитного поля, второй имеет указанные компенсаторы.

В последнее время в картушках МК стали использоваться не стержневые, а кольцевые магниты. Один из конструктивных вариантов такой картушки показан на рис. 12.

Чувствительный элемент состоит из корпуса 1 с кольцевым магнитом 2, имеющим наружный диаметр 52 мм, диаметр отверстия 20 мм и толщину 1 мм. Магнит изготовлен из специального сплава и намагничен в однородном магнитном поле. В состав чувствительного элемента входит поплавок 3, состоящий из основания и крышки. В поплавке установлена втулка 4, соединенная с конусом. Во втулке находится подпятник 6, закрепленный винтом 7. На кольцевой полке корпуса установлен диск 8 со шкалой, разбитой на 360 делений.

ЧЭ имеет в компасной жидкости (70% этилового спирта, 10% глицерина, 20% дистиллированной воды) вес (5,6±03)10 -2 Н. Период колебаний ЧЭ при начальном отклонении его от магнитного меридиана на 40° при Н=12 А∙м -1 составляет (20±4) с.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ :

1. Чем отличается магнитные компасы КМ-145-3 и КМ-145-4? КМ-145-4 и КМ-145-6?

2. Сколько магнитов содержит картушка компаса "Сектор"?

3. Какую роль играет диафрагма в котелке компаса?

4. С какой целью в компасах используют дополнительную камеру, заполненную поддерживающей жидкостью?

5. Каков порядок установки и съема пеленгатора?

6. Что размещается в нактоузе компаса?