Что такое следящая система гирокомпаса
Гирокомпас принцип работы
Что такое гирокомпас?
Гирокомпас – это приспособление, основой которого стал гироскоп. Представляет собой предмет, изготовленный из плотного материала. Чаще всего он металлический и легко вращается вокруг оси, а также характеризуется способностью поддерживать это движение. Прибор такого типа, предназначенный для использования на море, содержит в основании гиросферу. Она представлена полым шаром. Внутри расположены вращающиеся гироскопы, которые нуждаются в электропитании. Даже в условиях кратковременного влияния на гирокомпас какой-то силы он всё равно не отклоняется от заданного направления в пространстве.
Использование устройства
Изделие имеет большой вес (иногда масса может превышать 25 кг). Для его корректного функционирования требуется достаточно устойчивая основа. Она должно быть зафиксирована по отношению к земной поверхности и не подвергаться ускорению. Все эти условия невозможно осуществить, например, в самолете, поэтому его используют на кораблях.
Судовой гирокомпас по технологии устанавливают на самой нижней платформе либо палубе. На ходовой мост устанавливают репитер, куда передаются показания по электрическим проводам.
Достоинства гирокомпаса
Если выставить гироскопический компас на северный полюс земли, то он сохранит направление столько, сколько потребуется. Условием лишь станет наименьшее трение в устройстве.
Он точнее, чем обычный компас, имеет сложное строение и отображает географическое, а не магнитное направление. Внешние магнитные поля не способны влиять на его показатели.
Гирокомпас изготавливается и конструируется с помощью высокоточного оборудования.
Основными приборами курсоуказания являются гироскопические курсоуказатели: гирокомпас, гироазимут, гироазимут-горизонт и др.
Основой всех гироскопических курсоуказателей является гироскоп (быстро вращающееся твердое тело), а работа этих курсоуказателей основана на свойстве гироскопа сохранять неизменным направление оси вращения в пространстве без действия моментов внешних сил.
Если взять идеально изготовленный свободный гироскоп (центр тяжести совпадает с его геометрическим центром и исключены силы трения в осях его подвеса), то его главная ось будет сохранять свое направление в пространстве постоянным, но такой гироскоп не будет постоянно указывать направление меридиана, т.е. учитывать суточное вращение Земли.
В гирокомпасах элементом, указующим направление меридиана, служит чувствительный элемент (ЧЭ), представляющий собой гиросферу с двумя гироскопами, соединенными между собой так, что может изменяться угол между их осями. Кроме того, центр тяжести ЧЭ гирокомпаса смещен относительно центра подвеса на определенную величину.
Смещение центра тяжести ЧЭ гирокомпаса вниз относительно центра подвеса приводит к тому, что главная ось гироскопа, будучи отклоненной от меридиана, с течением времени будет поворачиваться относительно центра подвеса в сторону меридиана и через какое-то время «придет в меридиан». Время прихода в меридиан зависит от начального угла отклонения ЧЭ от истинного меридиана и широты места.
(от 2,5 до 7 часов) – от т. I до т. VIII (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Кривая прихода гирокомпаса в меридиан
Для сокращения этого времени гирокомпасы имеют устройство для ускоренного приведения в меридиан. Если с помощью такого устройства установить и удерживать ЧЭ ГК в меридиане с точностью до 2¸3°, то время прихода в положение равновесия сокращается до 1¸1,5 часов (min 45 мин.)
Главная ось ЧЭ работающего ГК на движущемся судне вследствие наличия динамических и статических погрешностей располагается по направлению гироскопического меридиана, не совпадающего с истинным меридианом.
Динамические погрешности:
— скоростная погрешность, которая возникает вследствие угловой скорости вращения плоскости истинного горизонта из-за движения судна по поверхности Земли. Эта погрешность устраняется в ГК с помощью специального счетно-решающего механизма-корректора ГК (вводом в него ИК, V, j);
— инерционные погрешности I и II рода, которые возникают при изменении курса и скорости судна. ГК по окончании маневра приходит в новое положение равновесия через 25-30 мин. Эти погрешности устраняются в ГК регулировкой периода незатухающих колебаний ЧЭ ГК (84,3 мин.) и применением масляного успокоителя в ЧЭ;
— погрешность от качки, которая обусловлена раскачиванием ЧЭ ГК относительно его главной оси. Исключается стабилизацией ЧЭ в плоскости горизонта.
Статические погрешности:
— наличие трения в подвесах гиромоторов;
— непостоянство скорости вращения роторов гиромоторов;
— неточная установка основного прибора в ДП судна;
— действие магнитных полей.
Эти погрешности, характеризующие устойчивость работы ГК на неподвижном основании, определяются опытным путем.
Если удастся исключить все указанные погрешности, то главная ось ЧЭ ГК устанавливается в направлении истинного меридиана (NИ), а следящая система позволяет непосредственно снимать это направление и передавать на репитеры ГК.
Направляющий момент ГК во много раз больше, чем у МК, и не зависит от магнитного поля Земли. Однако с увеличением широты (j) он уменьшается пропорционально cosj, и в высоких широтах (> 75°) ГК работает менее надежно.
Другой вид гироскопического указателя – гироазимут – работает устойчиво как в низких, так и в высоких широтах.
Гироазимутами (ГА)называются гироскопические приборы, предназначенные для сохранения заданного азимутального направления.
В гироазимутах применяются гироскопы с подвесом на шарикоподшипниках или с аэродинамическим подвесом. Первый представляет собой гирокамеру, в которой на шарикоподшипниковых опорах вращается дисковый ротор с утяжеленным ободом. У второго гироскопа ротор, имеющий форму шара, при работе находится во взвешенном в воздухе состоянии (шаровой гироскоп).
В отличии от ГК у ЧЭ любого ГА его центр тяжести должен быть совмещен с точкой подвеса. По этой причине ГА не обладает избирательностью по отношению к плоскости меридиана, но и не имеет инерционных погрешностей.
С помощью системы горизонтальной коррекции главная ось ЧЭ ГА принудительно удерживается в плоскости горизонта.
С помощью азимутального корректора создается момент внешней силы, который вызывает прецессию главной оси ЧЭ ГА в плоскости горизонта, что и позволяет ГА сохранять неизменным свое первоначальное направление (учитываются: 1) w – угловая скорость вращения Земли; 2) R – радиус Земли; 3) j – широта места; 4) V – скорость судна; 5) ИК – истинный курс судна; 6) wД – угловая скорость остаточного дрейфа ЧЭ ГА).
Из-за неточного знания j, V, ИК, wД – фактическая скорость прецессии главной оси ЧЭ ГА будет отличаться от ее действительной величины. Это различие приведет к появлению изменяющейся во времени погрешности курса.
Общая погрешность ГА включает в себя:
— широтную погрешность (текущая широта – jТ отличается от расчетной j0);
— скоростную погрешность (max при плавании в высоких широтах и на больших скоростях);
— погрешность от дрейфа (имеет сложный характер).
Основным критерием качества работы ГА является остаточная скорость ухода.
Общие характеристики гирокомпасов
Принцип действия гирокомпаса основан на свойствах гироскопа сохранять направление в пространстве при отсутствии внешних сил и изменять это направление, или прецессировать, под воздействием внешних сил. В качестве внешней силы, сообщающей гироскопу свойства компаса, т. е. заставляющей его непрерывно процессировать вслед за плоскостью географического меридиана, используется сила тяжести (в маятниковых гирокомпасах) или управляющий момент, вырабатываемый с помощью индикатора горизонта (в гирокомпасах с косвенным управлением).
По конструкции чувствительного элемента (ЧЭ) гирокомпасы бывают одногироскопные и двухгироскопные.
За счёт маятниковости ЧЭ под действием суточного вращения Земли возникает направляющий момент, приводящий чувствительный элемент в плоскость истинного меридиана.
Масляный успокоитель уменьшает погрешность от качки.
Способ подвеса ЧЭ – жидкостно-электромагнитный.
Система принудительного охлаждения – жидкостная.
Для повышения точности при маневрировании в некоторых гирокомпасных системах производится автоматическое регулирование параметров. Такие гирокомпасы часто называются апериодическими.
Гирокомпасы с автономным чувствительным элементом
Чувствительный элемент этого аналога выполнен в виде сферы, которая полностью погружена в токопроводящую маловязкую поддерживающую жидкость и плавает в ней. Внутри сферы установлены два гиромотора, связанные между собой кинематической связью типа «антипараллелограмм», обеспечивающей гиромоторам движение вокруг их вертикальных осей на равные углы и в противоположные стороны.
Следящая система гирокомпаса с плавающей гиросферой
Использование: гироскопические компасы с плавающей гиросферой для морских и речных судов. Сущность изобретения: в следящую систему гирокомпаса с плавающей гиросферой 1, с следящей сферой 2, погруженной в токопроводящую жидкость 3 и на внутренней поверхности которой в экваториальной плоскости диаметрально противоположно расположены два следящих электрода 6, 7 с измерительной схемой, усилителем, исполнительным устройством дополнительно введены два электронных коммутатора 8 и 9 и преобразователь кода 10, а каждый из двух следящих электродов 6 и 7 выполнен в виде набора тонких изолированных друг от друга вертикальных токопроводящих элементов. Такая конструкция в виде «гребенки», охватывающей угол, достаточный для ввода любой поправки в показания репитеров, представляет собой «плавающие» следящие электроды. Сигнал, характеризующий суммарную погрешность гирокомпаса, по кабелю 11 подается на преобразователь кода 10, выходной сигнал которого поступает на управляющие входы коммутаторов 8, 9 и формирует программу работы электронных ключей. Контактные элементы 6 и 7 объединяются в рабочие группы, которые составляют как бы один следящий электрод с достаточной для нормальной работы поверхностью. При перемещении подвижного контакта коммутатора на один шаг (под влиянием управляющего цифрового сигнала) вся рабочая группа смещается на окружности следящей сферы также на одно деление. Таким образом, управляя положением контактов в коммутаторах 8 и 9, можно вводить угол рассогласования между гиросферой и следящей сферой, равный величине погрешности гирокомпаса. 2 ил.
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в современных гироскопических компасах для морских и речных судов.
Прототипом заявляемого устройства является следящая система гирокомпаса «Курс-4».
Элементами следящей системы являются: следящая сфера, измерительная схема, усилитель, исполнительное устройство. Основной недостаток известной конструкции заключается в том, что следящая сфера, повторяя положение гиросферы, передает на репитеры все ошибки чувствительного элемента, в том числе скоростную и инерционную девиации.
В известной следящей системе для устранения скоростной девиации из показаний репитеров в гирокомпасе «Курс-4» в линию отработки дополнительно введен электромеханический корректор. Что касается инерционной девиации, то эта погрешность в гирокомпасах типа «Курс» остается некомпенсированной, и это существенно снижает точность судовождения в условиях маневрирования судна.
Целью предполагаемого изобретения является повышение точности гирокомпаса за счет исключения скоростной, инерционной и всех других погрешностей из показаний репитеров. Это достигается путем создания угла рассогласования между гиросферой и следящей сферой, равного по величине суммарной погрешности гирокомпаса.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид следящей системы, а на фиг.2 ее фрагмент.
В зазоре между гиросферой 1 и следящей сферой 2 находится токопроводящая жидкость 3. На наружной поверхности гиросферы, в экваториальной плоскости имеются два следящих электрода 4 и 5, расположенные противоположно один другому. На внутренней поверхности следящей сферы, в экваториральной плоскости (диаметрально противоположно) располагаются следящие электроды 6 и 7, выполненные в виде набора тонких, изолированных друг от друга вертикальных токопроводящих элементов. Сопротивления жидкостных переходов Р1 и Р2 задаются группами, включаемых в работу соседних элементов (на чертеже показано включение четырех элементов). Для синхронного подключения этих элементов имеются два электронных коммутатора 8 и 9, связанные своими входами с выходом преобразователя кода 10. Один вход преобразователя 10 кабелем 11 связан с любым внешним устройством (вычислителем), выдающим непрерывную или дискретную информацию о величине суммарной погрешности гирокомпаса. Второй вход преобразователя 10 соединен с рукояткой 12 для ручного упpавления коммутаторами 8 и 9.
Сопротивления жидкостных переходов Р1 и Р2 и постоянных резисторов Р3 и Р4 образуют мостовую схему, питающая диагональ АВ которой подключена к источнику переменного напряжения, например, 330 Гц, 120 В.
Коммутаторы 8 и 9 смонтированы на платформе, жестко связанной со следящей сферой 2. Контакты коммутаторов (на чертеже показано по 11 контактов) проводами связаны с вертикальными элементами 6 и 7. Выходы коммутаторов (точки М и N), являющиеся сигнальной диагональю мостовой схемы, подключены к входным клеммам усилителя 17, выход которого соединен с управляющей обмоткой исполнительного двигателя 18. Сельсин датчик 19 и сельсин приемник 20 образуют механизм отработки следящей системы.
Коллекторные кольца 13, 14, 15, 16 являются штатными элементами гирокомпаса «Курс-4», предназначенными для электрической связи подвижных и неподвижных частей следящей системы.
Следящая система работает следующим образом. Сигнал, характеризующий суммарную погрешность гирокомпаса в виде некоторой функции 
(t), куда входят скоростная, инерционная и другие погрешности, по кабелю 11 подается на вход преобразователя кода 10 (от любого источника данной информации). Выходной сигнал преобразователя 10, поступающий на управляющие входы коммутаторов 8 и 9, формирует программу работы электронных ключей. Они управляются цифровым трехразрядным кодом. Необходимое количество микросхем определяется максимальным значением погрешности и заданным шагом дискретного ввода корректирующей величины. Как и в стандартной следящей системе гирокомпаса «Курс-4» сигнал 
Uc, снимаемый с диагонали мостовой схемы MN, после усилителя 17 подается а исполнительный двигатель 18, который через сельсин-датчик 19 и сельсин-приемник 20 передает вращение на отработку следящей сферы 2. Сигнал Uc исчезает, когда сопротивления Р1 и Р2 становятся одинаковыми. Контактные элементы 6 и 7 объединяются в рабочие группы, которые составляют как бы один следящий электрод с достаточной для нормальной работы поверхностью. Чем тоньше отдельные элементы, тем большее их количество должно быть объединено в рабочую группу. При перемещении подвижного контакта коммутатора на один шаг (под влиянием управляющего цифрового сигнала) вся рабочая группа смещается на окружности следящей сферы также на одно деление. Величина шага (дискретность ввода поправки) задается конструктивно, исходя из реальной чувствительности следящей системы. Таким образом, управляя положением контактов в коммутаторах 8 и 9, можно вводить угол рассогласования между гиросферой и следящей сферой, равный величине суммарной погрешности гирокомпаса, поступающей от любого внешнего вычислителя по кабелю 11. В случае, когда нет достоверных данных для автоматического ввода информации, но есть надежное определение поправки компаса, например, астрономическим способом, то эта величина на некоторое последующее время может быть введена вручную, посредством рукоятки 12, через тот же самый преобразователь кода 10.
Следящая система гирокомпаса с плавающей гиросферой, содержащая следящую сферу, погруженную в токопроводящую жидкость и на внутренней поверхности которой в экваториальной плоскости диаметрально противоположно расположены два следящих электрода, измерительную схему, усилитель, исполнительное устройство, отличающаяся тем, что в измерительную схему введены электронные коммутаторы и преобразователь кода, а каждый из двух следящих электродов изготовлен в виде набора изолированных друг от друга вертикальных токопроводящих элементов, выполненных в форме тонких стержней, связанных электрически с контактами коммутаторов и объединяемых в рабочие группы по нескольку рядом расположенных элементов, выход преобразователя кода соединен с управляющими входами коммутаторов, а вход преобразователя кода связан с внешним источником информации о погрешности гирокомпаса.
Назначение и устройство чувствительного элемента гирокомпаса, система его подвеса и центрирования
НАЗНАЧЕНИЕ, СОСТАВ, ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИРОКОМПАСА «КУРС-4».
1. Ознакомиться с назначением, составом и основными характеристиками гирокомпаса «Курс-4».
2. Изучить назначение и устройство чувствительного элемента гирокомпаса, систему его подвеса и центрирования.
Компетентность:Конструкция гирокомпаса, функциональное назначение элементов.
1.2. Назначение гирокомпаса «Курс-4»
Гирокомпас «Курс-4» является основным техническим средством судовождения. Он предназначен для непрерывного и точного указания плоскости истинного меридиана и определения курса судна.
Показания гирокомпаса используют: для счисления пути судна; для удержания судна на заданном прямом курсе; для выполнения маневра курсом; при визуальном пеленговании навигационных ориентиров; для стабилизации относительно плоскости истинного меридиана некоторых судовых антенн, устройств, изображений на экране РЛС; при взятии радиопеленгов; для решения различных задач в судовых навигационных комплексах.
Гирокомпасная система имеет следующие основные технические
Время автоматического прихода гирокомпаса в меридиан в диапазоне широт 0-70˚,ч 2,5–6,
при ускоренном (ручном) приведении 1 ч.
Гирокомпас снабжен полуавтоматическим корректором скоростной девиации. 110-125
напряжение трехфазного тока питания 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
Погрешность гирокомпаса при изменении скорости на 20 уз на постоянном курсе,
не более (в широтах до 70° без использования выключателя затухания и в
широтах до 75° с применением его на время маневра), град ± 2,0
Точность согласования репитеров с показаниями основногоприбора, не хуже, град ± 0,2
Чувствительность следящей системы, град ± 0,2
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 рассогласования 90° в
разные стороны, с, не более 15
Число колебаний следящей системы у положения равновесия при отработке
угла 90°, не более 5
Гарантийный срок работы чувствительного элемента, ч 8500.
Практическая наработка на отказ, тыс. ч. 12 – 15
Состав гирокомпаса
Гирокомпас содержит следующие основные приборы и системы (Рис 1): 1М (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 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.
Рис 1. Состав гирокомпаса «Курс-4».
Чувствительный элемент (гиросфера) – такой же, как и в «Курс-4М»: диаметр – 252 мм, масса – 8700 г., метацентрическая высота – 7,79 мм. Остаточная масса гиросферы в поддерживающей жидкости (30–40 г) компенсируется за счет катушек электромагнитного дутья. Скорость вращения гиромоторов 19 800 об/мин. Гарантийный срок работы чувствительного элемента – 8500 ч.
Основной прибор (1М) (рис. 2) 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 1М относятся следящая сфера и азимутмотор.
Рисунок 2. Основной прибор гирокомпаса
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» (у гирокомпасов позднего выпуска). На наружной части нактоуза имеется выключатель освещения, переключатель устройства ускоренного приведения в меридиан и переключатель режимов работы помпы охлаждения.
Кардановый подвес. В верхней части нактоуза крепится кардановый подвес (8), состоящий из наружного (9), внутреннего (10) и опорного (11) колец. Опорное кольцо (11) 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.
Резервуар для поддерживающей жидкости представляет собой емкость, изготовленную из красной меди, с внутренней стороны покрытую эбонитом, а с наружной стороны окрашенную краской. Со стороны кормы, в средней части резервуара, имеется смотровое отверстие (окно), закрытое стеклом, на котором нанесена курсовая черта для снятия отсчета курса по гиросфере.
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.
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 азимут-мотор (25), в кормовой – реверсивный электродвигатель корректора (26), а сбоку сельсин-приемник 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.
Следящая сфера (рис. 3) состоит из верхней чаши с коллектором, нижней чаши, токопроводящих колец, щеток, смотровых стекол. 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 1М. Следящая сфера (рис. 3) 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).
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 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.
Рис. 3 – Следящая сфера
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 гиросферы. При этом обеспечиваются зазоры между гиросферой и следящей сферой по вертикали 6-8 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.
Назначение и устройство чувствительного элемента гирокомпаса, система его 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) (рисунок 4) 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.
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.
Рисунок 4 – Чувствительный элемент: а – внешний вид гиросферы; б – принципиальная схема чувствительного элемента ( 
–кинетические моменты гироскопов); в – конструкция чувствительного элемента
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 2.300 г. После изготовления ротор подвергается предварительной статической и динамической балансировке. Форма ротора выбрана так, что в собранном гиромоторе статор 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) (рисунок 5). 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) 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 30-40 г, а горизонтальная–центрирует ее в следящей сфере.
Рисунок 5 – Масляный успокоитель
Гирокомпас «Курс-4М» является модифицированной версией модели «Курс-4» и характеризуется классической гирокомпасной компоновкой с двухгироскопным чувствительным элементом, гидростатическим подвесом и электромагнитным центрированием. Маятниковый эффект реализован с помощью смещения центра тяжести гиросферы. От «Курс-4» его принципиально отличает наличие воздушного охлаждения с помощью встроенного вентилятора (в «Курс-4» использовалось водяное охлаждение с помощью помпы и системы шлангов) и выключателя затухания. Использование последнего позволило повысить точность курсоуказания при маневрировании в высоких широтах (более 60°) путем исключения инерционной девиации второго рода. Гирокомпас может быть использован на судах в широтах от 0 до 82˚ N(S). В диапазоне широт 0 – 65˚ точность гирокомпаса соответствует требованиям резолюции А.424 Международной морской организации (ИМО). Расчетная широта гирокомпаса «Курс-4М» составляет 60˚.
1. Какие приборы входят в состав комплекта гирокомпаса?
2. Каков гарантийный срок работы гиросферы?
3. Для какой цели служит штурманский пульт?
4. Для какой цели служит трансляционно-усилительный прибор?
5. Какие приборы и системы служат для управления работой гирокомпаса?
6. Какие системы предусмотрены для контроля за работой гирокомпаса?
7. С какой целью гиросфера заполняется водородом?
8. Какое количество токоведущих электродов имеет гиросфера?
9. С какой целью гиросфера имеет два гиромотора?
10. Какую функцию выполняет обмотка электромагнитного «дутья»?
11. Почему гиросферу запрещается переворачивать?
12. Какой отсчет гиросферы направлен на север?
13. Для чего служит реле выключателя затухания?
14. Что такое метацентрическая высота гиросферы и для какой цели она создается?
15. Для чего нужен антипараллелограмм?
16. Какую роль выполняет масляный успокоитель?
17. Для какой цели отсеки масляного успокоителя разделены вертикальными перегородками?