ДЕВИАЦИЯ МАГНИТНЫХ КОМПАСОВ И ДАТЧИКОВ. МАГНИТНОГО КУРСА
В основу устройства и применения магнитных компасов и датчиков магнитного курса курсовых систем положены свойства магнитного поля Земли. Если чувствительный элемент этих приборов находится только под воздействием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, то они позволяют определять направление магнитного меридиана в данной точке земной поверхности без ошибок. Однако на самолете на магнитные чувствительные элементы курсовых приборов оказывают влияние и магнитные поля, создаваемые стальными деталями, электро — и радиооборудованием самолета Нс. В результате воздействия этих полей направление магнитного меридиана индукционным датчиком определяется с ошибкой, которую принято называть девиацией магнитного ком-‘
паса. Девиация равна разности между магнитным и компасным курсом самолета (рис. 4.40).
Дк = МК — КК.
На современных самолетах величина девиации не превышает 5—7°.
Магнитное поле в месте установки чувствительного элемента курсового прибора, определяющее характер и величину девиации, зависит от расположения, формы, количества и характера ферромагнитных материалов, электро — и радиооборудования самолета.
Ферромагнитные массы по их магнитным свойствам условно принято делить на твердое и мягкое железо.
Твердое в магнитном отношении железо обладает свойствами постоянного магнита.
При изменении положения бруска твердого железа оно не меняет полярности своего магнитного поля. Твердым железом создается постоянное магнитное поле самолета.
Мягкое железо, напротив, легко перемагничивается, а его намагниченность пропорциональна напряженности магнитного поля.
Направлейие магнитной оси мягкого железа в общем случае не совпадает с направлением магнитного поля. В частности, если мягкое железо имеет форму бруска, то его магнитная ось будет располагаться вдоль геометрической оси бруска (рис. 4.41). Намагниченность мягкого железа пропорциональна напряженности магнитного поля и определяется по формуле
В ~ рЯ COS а,
где В—магнитная индукция;
[J-—коэффициент магнитной проницаемости;
, Я—напряженность магнитного ноля.
Мягкое железо на самолете подвергается воздействию как магнитного поля Земли, так и магнитного поля твердого железа. В противоположность твердому железу магнитное поле мягкого железа переменное, то есть при вращении самолета оно меняет свою полярность и напряженность.
Электро — и радиооборудование, питаемое постоянным током, при его включении создает электромагнитные поля, характер которых аналогичен характеру магнитного поля, создаваемого твердым самолетным железом.
Таким образом, на чувствительный элемент магнитного курсового прибора будет действовать результирующее магнитное поле, именуемое магнитным полем самолета. Оно складывается из следующих полей:
— из магнитного поля Земли;
— магнитного поля твердого железа;
— магнитного поля электро — и радиооборудования самолета;
— магнитного поля мягкого железа, намагниченного магнитным полем твердого железа и электромагнитным полем самолета;
— магнитного поля мягкого железа, намагниченного магнитным полем Земли.
Действие результирующего магнитного поля самолета на магнитный чувствительный элемент курсового прибора принято рас — сматривать_как сумму действия следующих шести сил (рис. 4.42): Н, А’, В’, (У, Д’, Е7.
Сила Я характеризует напряженность магнитного поля Земли, направлена по магнитному меридиану и девиации не вызывает.
Сила А’ создается мягким самолетным железом, намагниченным магнитным полем Земли. Она всегда независимо от курса самолета направлена перпендикулярно магнитному меридиану (вправо или влево) и вызывает постоянную девиацию (рис. 4.43, а).
Сила В’ создается твердым самолетным железом. Она направлена по продольной оси самолета, то есть относительно магнитного меридиана под углом, равным магнитному курсу. Эта сила вызывает полукруговую девиацию, то есть дважды меняется по знаку при изменении курса от 0 до 360° (рис. 4.43,6). Величина силы В’ не изменяется при изменении магнитной широты, поэтому девиация, создаваемая ею, увеличивается при перелете из полосы средних широт в полярные районы.
Сила С’ по природе аналогична силе В’ и отличается от нее только Направлением.
Сила С’ направлена по поперечной оси самолета, то есть под углом 90° к силе В’, и создает тоже полукруговую девиацию (рис. 4Л31в).
Сила Д’ создается мягким самолетным железом, намагниченным магнитным полем Земли. Она направлена относительно магнитного меридиавд под углом, равным двойному магнитному курсу самолета. Сила Д’ вызывает четвертную девиацию, то есть девиа-
Рис. 4.42. Силы магнитной? поля самолёта, действующие на чувствительный элемент магнитного компаса |
д…………….
Рис. 4.43. Графики девиаций, вызываемых ‘ силами А’,
В’, С К и £’
цию, четыре paSa меняющую свой знак при изменении курса от О до 360° (рис. 4.43,г).
Сила Е’ по природе аналогична силе Д’ и отличается от нее только^ направлением. Сила Е’ направлена перпендикулярно силе Д’, то есть относительно магнитного меридиана иод углом, равным 2МК±90°. Эта сила вызывает также четвертную девиацию (рис. 4.43, (3).
Величина суммарной девиации, вызываемой совместным действием сил А’, В’, С’, Д’, Е’, с достаточной для практики точностью выражается следующей приближенной формулой:
Дк = А + В sin МК + С cos МК + Дsin 2МК + Е cos 2МК, (4.29)
где А, В, С, Д, Е — приближенные коэффициенты, характеризую — щие_величину девиации, создаваемую соответственно силами А’, В’, С, Д’, Е’.
Численно каждый из них равен максимальной девиации в градусах, создаваемой соответствующей силой.
Коэффициент А характеризует общую величину постоянной ошибки, которая вызывается как постоянной девиацией, так и установочной ошибкой индукционного датчика.
Коэффициенты В и С характеризуют полукруговую девиацию, создаваемую твердым самолетным железом, то есть постоянным магнитным полем самолета.
Коэффициенты Д и Е характеризуют четвертную девиацию, создаваемую мягким самолетным железом, намагниченным магнитным полем Земли, то есть переменным магнитным полем самолета.
Как показывает практика, четвертная девиация на всех типах самолетов имеет небольшую величину (не более 2°). Полукруговая же девиация может достигать 5—7°, она подвержена большим изменениям.
Для повышения точности измерения курса необходимо периодически устранять девиацию. Это может быть сделано как механически, так и путем создания дополнительного магнитного поля, напряженность которого равна напряженности магнитного поля ферромагнитных масс самолета, но противоположна ему по направлению. В авиационной практике нашел применение как один, так и второй способ устранения девиации.
® Постоянная девиация (установочная ошибка) компенсируется механически путем поворота корпуса компаса или индукционного датчика вокруг вертикальной оси.
Полукруговая девиация компенсируйся с помощью магнитного девиационного прибора, установленного на корпусе индукционного датчика. Сущность компенсирования ее состоит в следующем. С помощью магнитов, помещенных в девиационном приборе в непосредственной близости к чувствительному элементу индукционного датчика, создаются силы, равные по величине и обратные по
134
• t
направлению тем силам, которые вызывают полукруговую девиацию (В’ и С’).
Работу девиационного прибора поясним с помощью рис. 4.44. Если два равных по силе магнита направить в разные стороны одноименными полюсами, то они не будут оказывать влияния на чувствительный элемент индукционного датчика, так как напряженность результирующего магнитного поля будет равна нулю (рис. 4.44, а). При расположении одноименных полюсов в одну
сторону воздействие магнитов на чувствительный элемент будет максимальным (рис. 4.44,6). При промежуточном расположении магнитов влияние’их на чувствительный элемент будет меньше максимального (рис. 4.44,б).
Девиационный прибор (рис. 4.45) имеет два поперечных 1 и два продольных 2 валика с зубчатыми колесами. В каждом из них перпендикулярно оси укреплен магнит 3. Валики соединены так, что при вращении одного из них другой вращается на такой же угол в противоположном направлении. Одна пара магнитов создает магнитное поле вдоль продольной, другая вдоль поперечной оси самолета. Вращая валики с помощью удлинителей 4, можно получить такое магнитное поле, при котором девиация не выйдет из допустимых пределов или полностью компенсируется.
^.Четвертная девиация не может быть компенсирована постоянными магнитами, так_как она вызывается мягким самолетным железом, и силы Д’ и Е’ изменяют свое направление относительно осей самолета при изменении курса. Поэтому четвертная девиация компенсируется с помощью механического компенсатора девиации
лекального типа, а при отсутствии такого компенсатора (например, у компаса КИ-12) она учитывается с помощью графика.
Если полукруговая девиация не превышает 2°, то ее можно компенсировать с помощью механического компенсатора одновременно с компенсированием четвертной девиации и устранением инструментальных ошибок.
Если полукруговая девиация более 2°, то компенсировать ее следует только с помощью девиационного прибора, так как компенсирование девиации механическим компенсатором в подобном случае приводит к резким изгибам лекальной ленты. Это ведет к ошибкам в измерении курса и быстрому выходу из строя коррекционного механизма.
Для определения девиации магнитного компаса или датчика необходимо знать магнитный курс самолета. Магнитный курс само-> лета на земле без использования магнитного компаса или датчика^ может быть измерен с помощью: L
— девиационного пеленгатора или теодолита;
— астрономических средств (компаса, ориентатора);
— радиолокационного или оптического визира.
Определение магнитного курса с помощью астросредств, радиолокационного и оптического визиров связано с необходимостью точного знания величины магнитного склонения в месте определения девиации.
Фактическая величина магнитного склонения на высоте установки компасов и датчиков магнитного курса (2—5 м) в большинстве случаев не соответствует его значению, указанному на полетной карте. Поэтому определение магнитного курса с помощью этих средств ведет к ошибке в измерении курса. Они могут использоваться лишь для грубой оценки правильности показаний магнитного датчика.
Поэтому при выполнении девиационных работ магнитный курс самолета определяется с помощью девиационного пеленгатора или теодолита.
Девиационный пеленгатор ДП-1 (рис. 4.46) состоит из следующих деталей:
— азимутального лимба / с двумя шкалами (внутренней и внешней); диапазон шкал от 0 до 360°, цена деления 1°, оцифровка выполнена через 10°;
— магнитной стрелки 2;
— визирной рамки с двумя диоптрами: глазного 3 — с прорезью и предметного 4 — с нитью;
— двух винтов стопорения визирной рамки;
— сферического уровня 5;
— курсоотметчика «МК» б;
— шарового шарнира 7 с зажимом;
— винта 8 крепления азимутального лимба;
— кронштейна 9.
Для хранения девиационный пеленгатор имеет специальный ящик, а для работы — треногу.
Порядок работы с девиационным пеленгатором по определению магнитного курса самолета и других углов будет изложен ниже.
Девиационные работы выполняются штурманским составом с привлечением специалистов инженерно-авиационной службы не реже одного раза в год.
Кроме того, эти работы выполняются по решению старшего штурмана части в следующих случаях:
— при замене компаса, магнитного датчика или отдельных агрегатов курсовой системы;
— при подготовке к особо важным полетам, и перелетам.;.
—- при замене двигателей или радиооборудования, установленных на удалении менее трех метров от магнитного датчика;
— при возникновении. у экипажа сомнений в правильности показании курсовой системы (ошибка более 2°) или компаса (ошибка более 3°);
— при перебазировании из средних в высокие широты.
Девиационные работы на самолете выполняются при неработающих двигателях, но с включенным электро — н радиооборудованием самолета.
Все работы по определению и устранению девиации проводятся па горизонтальных площадках, удаленных не менее чем на 200 м от стоянок самолетов, ангаров и других аэродромных сооружении.
Результаты девиационных работ на самолете заносятся в протоколы, которые хранятся в подразделениях. Девиационные работы начинаются с подготовки, компасов, необходимых инструментов и
документации. При подготовке компасов проверяются их исправность и основные характеристики (например, застой, время успокоения и др.). Результаты проверки заносятся в формуляры, приборов. Магнитные девиационные приборы на датчиках компасов устанавливаются в — нейтральное положение, для чего риски па удлинителях совмещаются с ‘рисками на корпусах приборов.
На шкалах курсовых систем устанавливается нулевое магнитное склонение и выравнивается лента коррекционного механизма. Выравнивание ленты коррекционного механизма КМ-4 производится при установке шкалы указателя штурмана на заданные курсы путем создания искусственного магнитного поля с помощью постоянного магнита вблизи индукционного датчика ИД-3. Лента считается выровненной, если отсчеты курсов, снятые по стрелке коррекционного механизма и шкале указателя штурмана, равны
или отличаются не более чем на ±1°.
После подготовки компасов выбирается площадка для выполнения девиационных работ, намечаются ориентиры (один-два), удаленные не менее чем на 4— 6 км от центра площадки, и определяются магнитные пеленги (МПО) и курсовые углы (КУО) выбранных ориентиров (рис. 4.47).
Для измерения магнитного пеленга ориентира с помощью де — виационного пеленгатора необходимо придерживаться следующего порядка:
— на выбранной площадке установить пеленгатор на треноге и отрегулировать его по уровню;
— расстопорить лимб и магнитную стрелку;
— вращением лимба совместить линию 0—180° с магнитной стрелкой и закрепить лимб;
— развернуть визирную рамку и совместить линию визирования с ориентиром;
— против индекса предметного диоптра отсчитать магнитный пеленг ориентира.
Для измерения курсового угла ориентира с помощью девиа — ционного пеленгатора необходимо:
— установить самолет на площадку;
— закрепить на самолете пеленгатор и отрегулировать его по уровням;
— установить линию 0—180° по продольной оси самолета. Для этого визирную систему установить на нуль азимутальной шкалы, разворотом лимба совместить линию визирования с продольной осью самолета и закрепить лимб;
— развернуть визирную рамку и совместить линию визирования с ориентиром;
— против индекса предметного диоптра отсчитать курсовой угол ориентира.
Из рис. 4.47 видно, что разность между магнитным пеленгом и курсовым углом одного и того же ориентира будет магнитным курсом самолета:
МК = МПО-КУО. (4.30).
Кроме указанного способа определения магнитного курса де — виационный пеленгатор позволяет непосредственно определить или установить самолет на заданный магнитный курс по курсовому углу удаленного ориентира с использованием курсоотметчика и пеленгованием продольной оси или плоскости винтов самолета.
Установка самолета на магнитный курс по курсовому углу удаленного ориентира производится в такой последовательности:
— из центра выбранной площадки определяется магнитный пеленг удаленного ориентира;
— с помощью тягача самолет устанавливается на место снятия пеленга, а пеленгатор — на самолет (линия 0—180° по продольной оси самолета);
— рассчитывается курсовой угол ориентира для заданного магнитного курса и визирное устройство устанавливается на рассчитанный курсовой угол:
КУО = МПО — МКзад;
— разворотом самолета с помощью тягача совмещается линия визирования с выбранным ориентиром. После установки самолета на заданный курс необходимо индекс «МК» курсоотметчика’подвести под значение заданного магнитного курса и закрепить его в этом положении.
Для того чтобы установить самолет на другой магнитный курс (МКг), нужно отстопорить лимб, подвести под индекс «МК» курсоотметчика значение МКг и застопорить его. Разворотом самолета совместить линию визирования с ориентиром.
Для установки самолета на магнитный курс пеленгованием продольной оси самолета необходимо выполнить следующую работу: і
— развернуть самолет на заданный магнитный курс по указателю курса;
— установить пеленгатор в 30—50 м впереди или сзади самолета по направлению продольной оси самолета;
— отрегулировать пеленгатор но уровню и совместить линию 0—180° с магнитной стрелкой;
— развернуть визирную рамку так, чтобы линия визирования совпала с продольной осью самолета;
— против индекса визирной рамки на шкале лимба отсчитать магнитный курс.
Для компенсирования полукруговой девиации самолет последовательно устанавливается на магнитные курсы 0, 90, 180, 270°. При этом допустимое отклонение фактического магнитного курса от заданного (0, 90, 180, 270°) должно быть не более 2°. Компенсирование полукруговой девиации производится в следующем порядке:
— с помощью девиацноиного пеленгатора установить самолет на магнитный, курс, равный нулю;
— диамагнитной отверткой, вращая удлинитель «С — Ю» де — виационного. прибора, добиться, чтобы компасный курс на коррекционном механизме был равен нулю;
— установить самолет на МК = 90? и, вращая удлинитель «В — 3», добиться, чтобы компасный курс на коррекционном механизме курсовой системы был равен 90°;
— установить самолет на М1<—180° й вращением удлинителя «С — Ю» уменьшить девиацию на половину ее первоначальной величины; после устранения девиации компасный курс на шкале коррекционного механизма или картушки компаса должен быть равен
КК = МК——- ——(4.31)
— установить самолет на МК = 270о и вращением удлинителя «В — 3» уменьшить девиацию на половину ее первоначального значения; после устранения девиации компасный курс на шкале коррекционного механизма (картушке компаса) должен быть:
КК = МК — (4.32)
Установочная ошибка магнитного датчика определяется и устраняется после компенсирования полукруговой девиации. Величина и знак установочной ошибки определяются по формуле
д Ак„» + ^Кат»
куст 4
где А _ , ДКі_ — значения девиации па магнитных курсах 180 и 270° до ее компенсирования.
Если установочная ошибка превышает ± 1°, то она устраняется поворотом корпуса магнитного датчика. Корпус поворачивается вправо, если ошибка положительная, и влево, если ошибка отрицательная. Контроль за поворотом датчика выполняется по шкале, нанесенной на приливе.
Пример. Устранить установочную ошибку индукционного датчика, если при выполнении девиационных работ иа магнитных курсах 0 и 90° полукруговая девиация была доведена до 0°, а иа магнитных курсах 180 и 270° до ее компенсирования была соответственно равной —5 и —7".
Решение. 1. Рассчитать величину установочной ошибки:
•-уст “ ~ ~ ‘ 4 — •
2. Ослабить винты крепления индукционного датчика и, используя шкалу па приливах, развернуть его против часовой стрелки (влево) на 3° от первоначального положения.
3. Закрепить индукционный датчик в новом положении винтами крепления.
Остаточная (четвертная, высших порядков) девиация на курсовой системе компенсируется по показаниям основного указателя
курса и указателя компасного курса. Перед компенсированием остаточной девиации необходимо проверить установку индексов склонения на указателе УШ и коррекционном механизме. Индексы должны стоять на нулевых отметках шкал. Курсовая система должна работать в режиме Магнитной коррекции. При. отсчете курса по указателю и компенсировании девиации обязательно должна быть нажата кнопка согласования. Одновременно отсчитываются и записываются показания курса на коррекционном механизме. Компенсирование остаточной девиации выполняется в такой последовательности:
— с помощью девиационного пеленгатора самолет последовательно устанавливается на 24 магнитных курса, кратных 15°, начиная с МК = 270°, затем 285, 300° и т. д.;
— открывается шторка,, закрывающая регулировочные винты на КМ-4, и на каждом магнитном курсе вращением винта, ближайшего к стрелке, при нажатой кнопке согласования получают на основном указателе значение магнитного курса самолета.
На компасах, где нет механических компе’нсаторов (например, КИ-12, КИ-13, ДГМК-3), остаточная девиация определяется на восьми курсах. Результаты девиации заносятся в график, который и используется в полете для ее. учета. Порядок работы при определении остаточной девиации в этих случаях сводится к следующему:
— последовательно с помощью девиационного пеленгатора устанавливают самолет на магнитные курсы 270, 315, 0,-45, 135, 180, 225° и отсчитывают компасные курсы;
— определяют девиацию как разность между магнитным и компасным курсами:
. Д МК — КК;
ОСТ
— по рассчитанным данным составляют график (рис. 4.48), который закрепляется на самолете в удобном для его использования месте.
По графику девиации можно судить о качестве выполнения де — виационных работ. При правильно выполненных девиационных работах установочная ошибка магнитного датчика будет уничтожена, полукруговая девиация скомпенсирована, и график будет иметь вид кривой, симметрично расположенной относительно оси. Кривая девиации будет носить четвертной характер и не превышать 3—5°.
Если кривая девиации на графике относительно оси абсцисс сдвинута, то это говорит о том, что постоянная девиация скомпенсирована не полностью.