Магнитные компасы

Принцип действия магнитного компаса основан на свойстве магнитной стрелки устанавливаться по направлению магнитных силовых линий поля Земли. Магнитный компас измеряет магнитный курс (МК), т. е. угол между направлением горизонтальной составляющей магнитного поля Земли и проекций продольной оси летательного аппарата на горизонтальную плоскость.

Основными элементами магнитного компаса являются (рис.13.4): подвижная система (картушка), включающая магниты 3, поплавок 2, лимб 1 (шкалу) и шпильку 10; котелок 5 с жидкостью 6; колонка 7 с подпятником 9. Лимб картушки отградуирован на 360°.

 

 

Рис. 13.4. Схема магнитного компаса: 1—лимб картушки; 2—поплавок;

3—магниты; 4—стекло; 5—котелок;6—жидкость; 7—колонка; 8–мембранная коробка; 9—подпятник; 10—шпилька;11—курсовая черта

Вес картушки благодаря поплавку 2 ,уменьшен настолько, что давление шпильки 10 на подпятник 9 незначительно, что способствует уменьшению трения.

К поплавку прикрепляется одна или несколько пар постоянных магнитов, направленных одноименными полюсами в одну сторону. Оси магнитов параллельны линии 0—180° лимба. Мембранная коробка в нижней части котелка служит для компенсации изменения объема жидкости при изменении температуры. В качестве жидкости используется лигроин.

Картушка компаса, будучи выведенной из состояния покоя, совершает колебания. Для оценки этих колебаний составим уравнение движения картушки. На картушку действуют момент инерционных сил Jj , момент сил вязкого сопротивления kj, устанавливающий момент от взаимодействия постоянных магнитов с магнитным полем Земли MHsin(j-y), момент сухого трения шпильки о подпятник М тр и возмущающий момент Мм, вызванный влиянием посторонних магнитных полей. Сумма этих моментов равна нулю или

Jj + kj + MHsin(j-y)=Мм Мтр, (13.1)

 

где J— момент инерции картушек;

k—коэффициент демпфирования;

M=2ml—магнитный момент картушки (m—магнитная масса полюсов, 2l—расстояние между полюсами);

j—угол отклонения картушки

y—курс летательного аппарата.

Для небольших углов отклонения j-y (j-y)<30 можно принять sin(j-y)=j-y. Тогда уравнение (14.1) примет вид

j+2dw j+w j= w (y+Dy ) , (13.2)

 

где собственная частота незатухающих колебаний компаса;

относительный коэффициент затухания;

 

¾ погрешность магнитного компаса, обусловленная влиянием посторонних магнитных полей.

Если даже отсутствуют все другие погрешности магнитного компаса, то наличие момента трения Мтр обусловливает застой компаса, величина которого

, (13.3)

Для уменьшения застоя необходимо уменьшать трение шпильки о подпятник и увеличивать магнитный момент М постоянных магнитов. Уменьшение трения достигается увеличением плавучести картушки и выбором в качестве подпятника твердого камня (агат, рубин, сапфир и др.). Величина момента трения Мтр зависит также от поведения подвижной системы компаса. При работе компаса на самолете корпус прибора подвергается колебаниям, которые передаются на подпятник. Колебания подпятника способствуют уменьшению момента трения Мтр, поэтому застой компаса на самолете значительно меньше, чем на неподвижном основании. Застой в современных компасах меньше 1°, поэтому при рассмотрении динамических характеристик компаса будем им пренебрегать.

В зависимости от величины относительного коэффициента затухания dдвижения картушки могут быть затухающими (при d<1) или апериодическими (при d>1). В целях получения минимального времени успокоения компаса обычно выбирают d= 0,7 ¸ 0,8. Выбор собственной частоты обусловливают требуемым временем успокоения, причем

 

 

Обычно время успокоения составляет 15—30 сек. Это время можно уменьшить путем увеличения магнитного момента М.

Важной характеристикой компаса является увлечение, под которым подразумевают угол , на который жидкость увлекает картушку при повороте компаса на 360°. Это явление наблюдается при развороте самолета. Величина увлечения в зависимости от скорости разворота составляет =5¸35°.

Таким образом, можно отметить следующие четыре динамические характеристики магнитного компаса: относительный коэффициент затухания d, частоту собственных колебаний (или время успокоения ), увлечение и застой .

Магнитные компасы применяются на самолетах в качестве дублирующих приборов и используются в случае выхода из строя других курсовых приборов.

Общий вид компаса типа КИ-12 показан на рисунке 13.5. Картушка этого прибора имеет вертикальную шкалу.

 

Рис.13.5. Компас КИ-12

 

На рисунке 13.6 приведен чертеж компаса. Картушка 8 с вертикальной шкалой, несущая магниты 12, с помощью керна 9 опирается на подпятник 10 из камня. Колонка с пружиной 11 прикреплена к пластмассовому корпусу при помощи гайки с пружинной шайбой.

Шкала картушки равномерная с ценой деления 5° и оцифровкой через 30°. Оси магнитов 12 параллельны линии С—Ю шкалы. Курсовая нить шкалы, связанная с корпусом прибора и отображающая направление продольной оси самолета, окрашена светящейся массой.

Компасный курс самолета отсчитывается по делениям шкалы против курсовой черты.

 

Рис.13.6. Чертеж магнитного компаса:

1—стекло; 2—крышка; 3—корпус; 4—задвижка; 5—валики; 6— магниты девиационного прибора; 7—мембранная коробка; 8—картушка; 9—керн; 10— подпятник; 11— колонка с пружиной; 12—магниты; 13— пробка; 14—прокладка; 15—стойка; 16—планка; 17— лампочка; 18—курсовая черта; 19—лигроин; 20 — прокладки

 

Корпус компаса заливается лигроином, служащим для уменьшения веса картушки и увеличения демпфирования.

Для компенсации изменения объема жидкости при изменении температуры применена мембранная коробка 7, внутренняя полость которой соединена с внутренней полостью компаса.

Для заливки, лигроина служит отверстие, закрываемое пробкой 13, а для обеспечения герметичности прокладка 14.

Для устранения полукруговой девиации служит девиационный прибор, смонтированный в верхней части компаса. Он состоит из двух удлиненных валиков 5, которые через червячные передачи передают вращение двум продольным и двум поперечным валикам с запрессованными в них девиационными магнитами 6. Концы валиков 5 имеют шлиц под отвертку для поворота при устранении девиации.

На крышке 2 имеются отверстия, через которые можно вращать валики 5. Один из этих валиков позволяет вращать девиационные магниты, служащие для устранения девиации на курсах С—Ю, другой валик: для устранения девиации на курсах В—З.

Для освещения шкалы компаса служит лампочка 17.

Компас имеет, следующие характеристики:

инструментальные погрешности………..…………………….. 1

Девиация на курсах С, В, Ю, З……….………….не более

Увеличение картушки при угловой 18 град/сек……. не более 35

Время успокоения ……………………………….. не более 18 сек.

Вес компаса ………………………………………… не более 300 г