3. 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.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 разградуирован на 360°. Вес картушки благодаря поплавку 2 ,уменьшен настолько, что давление шпильки 10 на подпятник 9 незначительно, что способствует уменьшению трения.

Рис.4. Схема магнитного компаса:

1—лимб картушки; 2—поплавок; 3— магниты; 4—стекло; 5—котелок;6— жидкость; 7—колонка; в—уводящая камера; 9— подпятник; 10—шпилька;11—курсовая черта.

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 J , момент сил вязкого сопротивления k, уста­навливающий момент от взаимодействия постоянных магнитов с магнитным полем Земли MH*sin(), момент сухого трения шпильки о подпятник Мтр и возмущающий момент Мм, вызван­ный влиянием посторонних магнитных полей. Сумма этих момен­тов равна нулю или

J + k + MH*sin()=Мм Мтр (1)

где J— момент инерции картушек;

k—коэффициент демпфирования;

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

—угол отклонения картушки

—курс летательного аппарата.

Для небольших углов отклонения  ()<30можно

принять sin()=/

Тогда уравнение (1) примет вид

+2d+ (), (2)

где  собственная частота незатухающих колебаний компаса;

относительный коэффициент затухания;

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

(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 d движения 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

(4)

Рис.5.Компас КИ-12

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) увлечениеи 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 рис.5. Картушка этого прибора имеет вертикальную шкалу.

На рис.6 дан 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.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—3.

Для освещения шкалы компаса служит лампочка 17.

Компас имеет, следующие характеристики:

Инструментальные погрешности………………..………………..1

Девиация на курсах С, В, Ю, 3 ....…………………….не более

Увеличение картушки при угловой скорости18 град/сек не более 35

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