Гирокомпас на подвижном основании

До сих пор мы рассматривали работу гирокомпаса, предполагая, что он установлен на неподвижном относительно Земли основании, т. е. без учета движения судна по поверхности Земли.

При движении судна с постоянной скоростью и постоянным курсом происходит изменение положения равновесия гирокомпаса в плоскости горизонта меридиана. Это изменение называют скоростной погрешностью, или скоростной девиацией гирокомпаса δ_v. Величина скоростной девиации зависит от скорости движения судна v и широты места φ и не зависит от конструктивных параметров прибора. Скоростная девиация при северных курсах имеет западное направление, при южных — восточное. Максимального значения она достигает на курсах 0 и 180°, а на курсах 90 и 270° она равна нулю. Величина скоростной девиации определяется из выражения

 

 

 

где v – скорость судна;

ИК – истинный курс судна;

– радиус Земли;

– угловая скорость Земли;

φ – широта места.

Скоростную погрешность δ_v можно исключить из показаний гирокомпаса либо корректором, которым снабжены некоторые типы гирокомпасов, либо с помощью специальных таблиц или графиков.

Изменение скорости или курса судна, а также одновременное изменение скорости и курса вызывает появление ускорений, которые в свою очередь порождают силы инерции. Под действием моментов сил инерции возникает прецессионное движение чувствительного элемента гирокомпаса, что приводит к уходу его главной оси из меридиана.

Погрешности показаний гирокомпаса, обуславливаемые ускорениями судна, принято называть инерционными, или баллистическими погрешностями (девиациями). Угол, на который чувствительный элемент повернется в горизонтальной плоскости в результате действия возникших сил инерции, называют инерционным перемещением Δα.

Прецессия всегда направлена в сторону нового равновесия оси гироскопа, соответствующего новому режиму движения судна.

Ниже рассмотрены три основных случая инерционного перемещения:

1) Δα = Δδ_v; 2) Δα > Δδ_v; 3) Δα < Δδ_v.

В первом случае к моменту завершения маневра главная ось гирокомпаса окажется точно в новом положении динамического равновесия, соответствующем новому режиму движения судна, и, следовательно, гирокомпас не будет иметь инерционной девиации.

Такое движение главной оси гирокомпаса называется апериодическим (неколебательным) переходом к новому динамическому равновесию.

Условием апериодического перехода является равенство величины периода незатухающих колебаний гирокомпаса периоду колебаний математического маятника, длина которого равна радиусу Земли, т. е.

 

.

 

Таким образом, выполнение данного условия (называемого условием М. Шулера) предполагает, что гирокомпас, не снабженный приспособлением для затухания, при изменении скорости или курса судна не будет иметь инерционной девиации.

Во втором и третьем случае инерционного перемещения главная ось гирокомпаса к концу маневра не окажется в положении нового динамического равновесия. Вследствие этого после маневра начнутся колебания гирокомпаса относительно этого положения с начальной амплитудой, равной разности между новым положением равновесия и положением главной оси гирокомпаса в конце маневра. Показания гирокомпаса в этом случае будут иметь погрешность колебательного характера.

Эту погрешность гирокомпаса называют инерционной, или баллистической погрешностью (девиацией) I рода. Характерной ее особенностью является то, что она имеет наибольшую величину в момент окончания маневра, а затем в процессе затухающих колебаний гирокомпаса уменьшается до нуля. Эта погрешность для данного ускорения судна увеличивается с увеличением широты места, причем в одной и той же широте ее величина тем больше, чем больше ускорение судна.

Выше было рассмотрено поведение при маневре гирокомпаса, чувствительный элемент которого не имел приспособления для затухания. Наличие этого приспособления нарушает условие апериодического перехода главной оси гирокомпаса в новое положение равновесия, и, следовательно, вызывает погрешность.

Погрешность показаний гирокомпаса, возникающую при маневре вследствие действия приспособления для затухания, называют инерционной, или баллистической погрешностью (девиацией) II рода. Характерными особенностями этой девиации является то, что она достигает наибольшего своего значения не сразу после окончания маневра, а через промежуток времени, равный четверти периода затухающих колебаний (примерно через 20 мин после завершения первого маневра). Для предупреждения инерционной погрешности I рода необходимо при перемене судном широты регулировать величину периода незатухающих колебаний так, чтобы во всех широтах он оставался равным 84,4 мин. В этом случае условие апериодического перехода осей гирокомпаса в новое положение равновесия будет соблюдено во всех широтах и инерционная девиация I рода в показаниях гирокомпаса будет отсутствовать. Гирокомпас, у которого период незатухающих колебаний равен 84,4 мин во всем диапазоне широт, называют апериодическим.

Для предупреждения инерционной погрешности II рода в гирокомпасах с гидравлическим успокоителем на время маневра перекрывают трубку, соединяющую сосуды успокоителя. Благодаря этому, при маневре жидкость не перетекает из одного сосуда в другой, что предупреждает появление инерционного избытка жидкости в одном из сосудов и, следовательно, появления инерционной погрешности II рода. Сразу же после окончания маневра приспособление для затухания вновь включают. У гирокомпасов с эксцентрическим соединением ртутных сосудов и гирокамеры для вывода из действия успокоителя затуханий достаточно устранить на время маневра угол сдвига, что осуществляется с помощью специального реле, имеющего противодействующую пружину. Если гирокомпас не имеет выключателя затухания, то при маневре судна в широте, отличной от расчетной, появляются инерционные погрешности I и II рода.

Обе одновременно действующие девиации изменяются по закону затухающих колебаний, причем фазы их не совпадают: когда после окончания маневра погрешность I рода имеет максимальное значение, погрешность II рода близка к нулю.

Исследование девиаций показывает, что их характер зависит от соотношения широты расчетной φ_р и широты маневра φ. Если φ < φ_р, то девиации будут меньше и их знаки противоположны и погрешность одного рода будет частично гасить погрешность другого рода. Поэтому при маневрах в широтах, меньших расчетной, выключать затухание не всегда целесообразно. Девиации достигают особенно больших величин и очень медленно уменьшаются при плавании в высоких широтах, где направляющая сила гирокомпаса мала, а период затухающих колебаний велик.