ПРИБОРОВ
Для измерения магнитного курса самолета с использованием магнитного поля Земли необходимо в заданной точке знать направление магнитного меридиана. Оно определяется с помощью чувствительного элемента. В магнитных курсовых приборах используются чувствительные элементы двух типов: магнитная картушка и индукционный элемент.
В основу работы первого из них положен принцип магнитной стрелки, в основу работы второго — индукционный принцип измерения напряженности горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Рассмотрим основные характеристики этих чувствительных элементов.
Магнитная картушка представляет собой систему укрепленных на вращающемся основании постоянных магнитов, позволяющих фиксировать направление магнитного меридиана. От этого направления производится отсчет курса самолета. Чтобы исключить влияние вертикальной составляющей магнитного поля Земли, центр тяжести картушки смещают к югу относительно точки ее подвеса. При отклонении картушки от направления магнитного меридиана на угол а возникает пара сил, которая стремится вернуть картушку в исходное положение (рис. 4.9). Так как сила, действующая на каждый магнитный полюс, равна произведению горизонтальной составляющей магнитного поля Земли Н на магнитный заряд т, то выражение механического момента картушки будет иметь вид
Мвр = 2т,1Н sin а, (4.4)
где т—магнитный заряд магнитов;
/—расстояние между зарядами;
а—угол отклонения картушки от плоскости меридиана.
Величина 2ml называется магнитным моментом диполя, а максимальная величина механического момента—-направляющей силой компаса.
Направляющая сила характеризует устойчивость картушки. Ввиду малой величины направляющей силы (т. к. а = 0) под действием различных причин картушка легко отклоняется от плоско-
сти магнитного меридиана и совершает постоянные колебания около некоторого среднего положения.
Направляющая сила изменяется с изменением магнитной широты, принимая наибольшее значение на магнитном экваторе и.
обращаясь в нуль на магнитных полюсах Земли. Для увеличения направляющей силы компаса, а следовательно, и для повышения устойчивости картушки используется не один, а несколько постоянных, магнитов, дающих в сумме большой магнитный момент. Однако увеличение магнитного момента картушки за счет использования нескольких пар магнитов не позволяет полностью избавиться от колебательных движений картушки компаса в полете. Для уменьшения колебаний применяется демпфирование. С этой целью картушку компаса помещают в жидкость или окружают антимагнитным металлическим кольцом.
Магнитную картушку принято характеризовать декрементом затухания, временем успокоения, застоем и увлечением.
Декрементом затухания называется отношение величин двух последовательных амплитуд колебания. У магнитной картушки он обычно составляет 3—5 (рис. 4.10).
Временем успокоения картушки называется время,’ прошедшее с момента отклонения картушки от направления меридиана на угол 90° до момента, когда ее движение перестанет быть заметным на глаз. Для картушек авиационных компасов оно составляет 15—30 с.
Угол недохода картушки до начального положения при ее от^ клонений на 3-—5° называется застоем. Он возникает за счет трения в точке опоры картушки. Величина застоя не должна превышать Г.
Увлечение картушки возникает при разворотах самолета. Причиной увлечения является или образующиеся при развороте самолета вихревые токи в кольце, окружающем картушку, или разница в угловых скоростях разворота металлического корпуса прибора, в котором размещается картушка, и окружающей ее жидкости. Увлечение зависит от угловой скорости разворота самолета и указывается в паспорте прибора.
Принцип измерения курса компасом с магнитной картушкой прост и надежен. Однако наличие колебаний и увлечения картушки снижает точность измерения курса в полете. Поэтому в настоящее время этот принцип используется не в основных, а во вспомогательных магнитных курсовых приборах, позволяющих грубо (с точностью 3—5°) определять направление полета.
Индукционный чувствительный элемент отчасти свободен от недостатков магнитной картушки. Он представляет собой электромагнитное устройство, основой которого является магнитный зонд (рис. 4.11). Магнитный зонд состоит из двух одинаковых стержней 1 и двух обмоток: первичной 2 и вторичной (индукционной) 3. Первичная обмотка нанесена на каждый стержень в отдельности, а ее секции на стержнях соединены последовательно и встречно. Вторичная обмотка охватывает сразу оба стержня.
Стержни изготовлены из пермаллоя (сплава железа с никелем), который имеет большую величину коэффициента магнитной проницаемости и обладает свойством полностью размагничиваться по прекращении действия магнитящего поля.
Благодаря большой величине коэффициента магнитной проницаемости вокруг пермаллоевых стержней, намагниченных магнитным полем Земли, образуется постоянное магнитное поле, напряженность которого во много раз больше напряженности земного поля. Это позволяет оценить степень намагниченности стержней по величине индуктируемой ЭДС во вторичной обмотке. Эта ЭДС зависит от углового положения стержней относительно горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Данное свойство и используется для определения направления магнитного меридиана.
Для того чтобы постоянное магнитное Поле, образующееся. вокруг стержней сделать переменным, по. первичной обмотке зонда пропускают переменный ток напряжением ии который периодически намагничивает и размагничивает пермаллоевые стержни. Ввиду того что токи в обмотках стержней находятся в противофазе, результирующий магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, будет равен нулю. В то же время пульсирующий магнитный поток Ф3 будет направлен в обоих стержнях одинаково и создаст электродвижущие силы с одинаковой фазой. Результирующая ЭДС и2 измеряется между концами вторичной обмотки.
Ее величина будет пропорциональна количеству витков вторичной обмотки и скорости изменения магнитного потока в сердечниках, то есть
где ш —количество витков вторичной обмотки;
ДФо
—скорость изменения магнитного потока.
Следовательно, по величине напряжения (или тока) во вторичной обмотке можно судить о магнитном курсе самолета.
В индукционном элементе используется не один, а три магнитных зонда, соединенных в треугольник. Это позволяет стабильно и однозначно определять магнитный курс до широт, где напряженность горизонтальной составляющей составляет 0,06 Э. Зонды располагаются на одной платформе под углом 60° друг к другу.
Индукционный чувствительный элемент по сравнению с магнитной картушкой имеет ряд преимуществ. Он является более чувствительным, практически безынерционен, легко обеспечивает ди — станционность передачи сигналов от чувствительного элемента на указатель, имеет малый вес и габариты. Благодаря этим качествам он стал основным в магнитных курсовых приборах и системах.