Судовой компас

Судовой компас, мореходный инструмент, служащий для определения положения на горизонте главных стран света и непрерывного указания курса корабля во время плавания. Существует два типа С. к.: магнитные и механические — гироскопические (смотрите Волчок и Электронавигационпые приборы). Действие первых основано на свойстве магнитной стрелки, свободно вращающей^ вокруг вертикальной оси, устанавливаться в каждом месте земли по определенному направлению, именно в плоскости магнитного меридиана данного места. Действие вторых основано на свойстве быстро вращающихся тел сохранять постоянство-направления оси вращения в пространстве.Шо“ месту своей установки на корабле С. к. разделяютсяна главные, путевые, боевые и шлюпочные. Главные компасы устанавливаются наверху, на открытых местах, на мостиках, на крышах рубок и т. д. По главному С.

к. назначается курс судна и производится определение его места во время плавания (смотрите Навигация). Путевые С. к. устанавливаются во всех постах управления кораблем, и по ним“ рулевой ведет корабль по заданному курсу. Боевые С. к. устанавливаются в боевых рубках и других защищенных броней постах управления. Шлюпочные С. к. простого устройства и малого размера применяются при плавании на яхтах, шлюпках и мелких промысловых судах.

По роду своего устройства магнитные С. к. бывают «сухие», у которых магнитные стрелки находятся в воздухе,и «с картушкою в жидкости» где магнитные стрелки помещаются в жидкости (42° винный ).

Кроме того С. к. именуются еще по диаметру своей картушки: «8-дюймовые» (200 миллиметров), «772-дюймовые» (193мм),«5-дюймовые»(127мм) и т.д.

Главной частью магнитного С. к. является к а р т у ш к а—круглая алюминиевая оправа а (фигура 1 и 2), несущая на себе систему из нескольких пар магнитных стрелок б. Стрелок в картушке всегда бывает четное число (от 2 до 8,

большей частью 6). Стрелки делаются или круглого сечения диаметром 1,7 миллиметров или квадратного 3,3х3,3 миллиметров (различной длины: от 49,1 до

77,2 миллиметров) и располагаются параллельно друг ДРУ^ГУ одноименными полюсами в одну сторону. Концы стрелок располагаются по окружности. По краю ободка картушки наклеивается бумажный (для сухих) или целлюлоидный (для компасов с картушкой в- жидкости) кружок в,

системы стрелок, причем 0° обозначает N картушки. В центре картушки д укрепляется топка г—небольшой твердый камень (сапфир или агат) с выемкой внизу. Вес сухой картушки ок. 13,5 г. У компасов с картушкой в жидкости картушка делается более тяжелой и имеет в центре пустотелый металлич. поплавок д, пловучесть которого уменьшает вес картушки. Картушка помещается внутри котелкае (фигура 2)—медного или бронзового сосуда цилиндрической или полушаровой формы, закрытого сверху стеклянной крышкой ж. В центре дна котелка укрепляется колонка з, в которую ввинчивается выступающая из нее шпилькам На стальное или иридиевое острие этой шпильки и накладывается своей топкой картушка а. Подобное устройство обеспечивает минимальное трение при поворотах картушки, а также делает С.к. очень чувствительным,^ е.способным указывать малейшие изменения курса корабля. На противоположных концах одного и того же диаметра котелка укреплены две вертикальные проволоки или тонкие пластинки кк, служащие курсовыми чертами. Вертикальная плоскость, проходящая через курсовые черты, называется диаметральной плоскостью С. к.; при установке С. к. на корабле она совмещается с диаметральной плоскостью последнего. Тогда деление картушки,приходящееся против носовой курсовой черты котелка, непосредственно указывает компасный курс корабля. На крышке котелка наносятся градусные деления от 0 до 360°—а зимутальныйкруглС.к.и помещается пеленгатор м—линейка е диоптрами н и о для определения направлений— пеленгованияс корабля на береговые перед меты или небесные светила. Пеленгатор вращается вокруг шпильки, вделанной в стеклянную крышку котелка, или (как на фигуре 2) скользит по азимутальному кругу. Глазной визор (мишень) о снабжен двумя откидывающимися цветными стеклами ф и призмой ж, позволяющей отсчитывать румб пеленга на картушке компаса, не отнимая глаза от визора. Предметный визор снабжен откидным черным зеркальцем ц для взятия пеленга солнца. Наливаемая внутрь котелка жидкость, в которой вращается картушка, имеет назначением погашать колебания последней при качке. Вследствие большого трения магнитная система картушек в жидкости делается бблыних размеров и с 66лыним магнитным моментом, чем у сухих С. к.; у сухого С. к. магнитный момент картушки ок. 300 ед. CGS, а у С. к. с картушкой в жидкости он достигает 1 50СК-2 500 ед. CGS. Для предоставления жидкости возможности изменять свой объём с изменением t° в котелке ус-троеньГдве камеры: верхняя п, где помещается картушка и которая должен быть сплошь заполнена жидкостью, и нижняя р, заполненная частично жидкостью, а частично воздухом. Обе камеры сообщаются между собой несколькими каналами с расположенными вблизи центра покатой стенки, разделяющей обе камеры. При расширении жидкости часть ее переходит по каналам из верхней камеры в нижнюю, сжимает заключающийся в последней воздух и слегка растягивает волнистую диафрагму т, закрывающую снизу нижнюю камеру. При уменьшении объёма жидкости часть последней под давлением воздуха, собравшегося в верхней части нижней камеры, переходит из нижней камеры в верхнюю и не дает образоваться в ней паровому пузырьку. Котелок С. к. на карданном подвесе у устанавливается на п р у ж и нн ый подвес а нактоуза (фигура 3)—деревянного шкапика, прочно прикрепляемого четырьмя болтами к палубе корабля. Сверху нактоуз закрывается медным колпаком (на фигура 3 снят) сферич. или конич. формы, защищающим котелок и внутренность нактоуза от непогоды" и содержащим в себе осветительный прибор для освещения компаса ночью. В медном колпаке имеются закрываемые ширмами застекленные окна. Так как при пользовании медными колпаками ночью со стороны видно много света, чем в военное время корабль может выдать свое место, существуют глухие боевые крышки, в которых освещение судовым компасом производится посредством двух небольших питаемых переменным током электрических лампочек. Боевая крышка плотно надевается на котелок судового компаса и не дает j света по сторонам, обеспечивая полную невидимость со стороны освещения компаса. Внутри нактоуза в девиационном приборе а помещаются магниты—уничтожители девиации, а снаружи для той же цели к нактоузу прикрепляется мягкое железо в виде отрезков газовых труб, круглых брусков, шаров и прочие.

Главнейшим недостатком магнитного С.к. является зависимость его показаний от магнитного состояния корабельного корпуса. Под действием судового железа, намагничиваемого полем земли, магнитная стрелка устанавливается в плоскости компасногомеридиан а, составляющего с плоскостью магнитного меридиана угол, называемый девиацией (<5). В магнитном отношении различают два вида железа: твердое и мягкое. Твердое железо трудно намагничивается, но сохраняет полученные магнитные свойства довольно долгое время; мягкое железо обладает обратными свойствами—легко намагничивается, но столь же легко и теряет свои магнитные свойства по удалении из магнитного поля. Учет влияния судового железа, которое бывает двух родов и в целом представляет собой тело неопределенной формы, в математической форме возможен пока только лишь для частного случая нахождения железного бруска в однородном и слабом магнитном поле (таким магнитным полем и является земное). Именно для этого случая французский геометр Пуассон дал гипотезу, сводящуюся к двум положениям: 1) намагничивание железной массы произвольной формы пропорционально намагничивающей силе, если эта сила постоянного в данной массе направления^ 2) получающаяся магнитная ось имеет в данной массе постоянное направление, несовпадающее в общем случае с направлением намагничивающей силы. Возьмем прямоугольную систему координат с началом в центре магнитной стрелки и разложим силу магнетизма Т на три составляющие: X, Υ и Ζ. Каждая из этих составляющих будет намагничивать мягкое железо корабля, к-рое следовательно начнет действовать на северный конец магнитной стрелки силами ml, nY и ΙΖ, имеющими по Пуассону постоянное относительно корабля направление и пропорциональными силам X, Υ и Ζ. Разложив силы ml, nY ttlZ, а также силу F (постоянную по величине и направлению) от магнетизма твердого железа (а также и магнетизма мягкого железа, вызываемого им) по трем избранным осям и затем просуммировав их по каждой оси в отдельности, получим ур-ия Пуассона

X =×+ aX + bY + cZ + P Υ=γ ₊dX + eY +fZ + Q Z =Z +gX + hY + 7cZ+ R,

являющиеся основанием всей теории девиации. Указанные ур-ия, не содержа в явном виде курса корабля, были преобразованы Арчибальдом Смитом, к-рый Фигура 4. ^{все эти силы свел к}

‘ 6 силам, сохраняющим в данном месте земли свою величину и не зависящим от курса корабля. Силы эти следующие: АЯ— нек-рая непоглощенная экранирующими массами диамагнитных материалов судового корпуса часть горизонтальной составляющей Я силы земного магнетизма в данном месте; эта сила и направлена по магнитному меридиану N_mS_m (фигура 4) данного места и заставляет компасную стрелку удерживаться в меридиане; ШН—сила, перпендикулярная к N_mS_m и производящая постоянную на всех курсах

девиацию; ШИ и (£ЯЯ—силы, обязанные остаточному магнетизму твердого железа судового корпуса и направленные параллельно курсу (ШН) и перпендикулярно ему ((£ЯЯ); эти силы производят полукруговую девиацию, то есть такую, которая при повороте корабля на 360° два раза обращается в 0; и наконец силы ФАЛ и (£ЯЯ, вызываемые действием на мягкое судовое железо остаточного магнетизма твердого судового железа и направленные: первая параллельно зеркальному отражению магнитного меридиана в диаметральной плоскости корабля, вторая—перпендикулярно ей; силы эти производят четвертную девиацию, которая при повороте корабля на 360° четыре раза обращается в 0. Коэф-ты S3, (£, Ф и (£, называемые коэфициентами девиации, представляют собой отвлеченные величины, характеризующие сравнительную величину возмущающих сил по отношению к направляющей силе АЛ. При поперечном крене корабля сила А(£Л получает прибавку, креновую девиацию, пропорциональную углу крена: А(£Я =

= (ίλΐΐ — λχίΐΐ, где г—угол крена, а я=|^ +

-Ь(& — e)J. При продольном крене будем иметь

кШ=ШН-Х_Х1Ег, где=[§ + (&-«)].

В этих ф-лах: Θ—магнитный угол наклонения, a R,Z, А, а, ей к—силы и коэф-ты трех ур-ий Пуассона. Т. к. указанные пять возмущающих сил на современных больших стальных судах достигают значительной величины, вследствие чего появляется девиация порядка 50—60°, то без предварительного уничтожения дев и а ц и и на таких судах магнитным С. к. пользоваться нельзя. Уничтожение девиации заключается в искусственном образовании у С. к. сил, равных по величине, но обратных по направлению силам судового магнетизма. Тогда в результате совместного действия судового магнетизма и магнитных сил магнитов-унич-тожителей с кусками мяг-кого-железа девиация будет сведена до минимальных размеров и останется порядка 1—2°, что уже не имеет практич. значения.

Уничтожение полукруговой девиации состоит в уравнивании направляющих сил на двух противоположных компасных курсах. Для этой работы служит специальный прибор—деф л е к-т ор. В нашем флоте употребляется дефлектор де-Колонга, служащий для измерения как горизонтальных, так и вертикальных сил. Дефлектор де-Колонга (фигура 5) состоит из укрепленного в салазках а измерительного магнита б, к-рый помощью кремальерки в можно передвигать вдоль вертикальной шкалы г с делениями. Своим основанием дефлектор ставят на чашку пеленгатора т. о., чтобы N измерительного магнита совпал с N картушки С. к.; при этом постоянный магнит б отклоняет картушку на нек-рый угол от компасного меридиана. Поднимая или опуская измерительный магнит, добиваются такого его положения,при к-ром картушка окажется отклоненной ровно на 90°. В этот момент сила, посылаемая дефлекторным магнитом, уравновешивает направляющую силу судового магнетизма и следовательно равна ей по величине,

Фигура 5.

но обратна по знаку. Для уточнения момента равенства сил служит маленький магнитик, помещенный в основании дефлектора, перпендикулярно к измерительному магниту. По направлению этого перпендикулярного магнита и становится картушка в момент равенства сил. Отсчет, сделанный по левой шкале дефлектора, дает величину направляющей силы в относительных, т. н. дефлектюрньтх единицах. Измерив направляющие силы на компасных курсах N и S, рассчитывают среднюю силу и, установив дефлекторный магнит на отсчет этой средней силы, вкладывают в нактоуз продольные магниты, помощью которых возвращают картушку в отклоненное на 90° от меридиана положение. Тогда продольная сила магнетизма корабля будет уничтожена.Проделав туже работу на компасных О- nW-курсах, поперечными магнитами уничтожают поперечную судовую магнитную силу. Для измерения вертикальных сил ставят измерительный магнит дефлектора вертикально, вынимают перпендикулярный магнитик, а обыкновенную картушку заменяют наклонной с качающейся магнитной системой стрелок. Для этого приходится котелок с картушкой в жидкости заменять специальным сухим котелком. Вертикальные силы измеряют для. уничтожения креновой девиаци и, появляющейся при качке судна. Чтобы креновая девиация была уничтожена, необходимо вертикальную судовую силу, как показывает теория, довести до величины Z=-

Но и i?_w— направляющие силы, измеренные на корабле на магнитных О- и TP-курсах, a Ζ и Н—вертикальная и горизонтальная составляющие силы земного маг

Нр + Hw. ζ

я>где

N Компасной стрелки уклонен к W^my уклонен к О^тУ

нетизма, измеренные на берегу. Креновая девиация уничтожается вертикальным магнитом, висящим на цепочке внутри центральн. трубы девиационного прибора. Четвертная девиация уничтожается подбором ’мягкого железа, дающего теже коэфици-енты Ф и которые дает судовой корпус, но с обратными знаками. Эта работа выполняется частью на корабле, где из наблюдений определяются коэф-ты ф и (£, а частью на берегу, где производится подгонка к компасу соответствующего железа. По окончании уничтожения девиации производится определение остаточной девиации по сравнению компасных пеленгов с магнитными, для чего в нек-рых портах устраиваются специальные девиационные знаки. Остаточная девиация определяется для нескольких румбов, по которым интерполируют значения девиации для промежуточных курсов. Для удобства интерполирования выражают данные наблюдений в форме диаграммы Нэ-пира (фигура 6), где в системе косоугольных координат (угол между осями равен 60°) наносятся на развернутой картушке компаса NS истин

Фигура I

ные румбы (сплошные прямые) в ф-ии компасных (пунктирные прямые). Так например, компасный румб NO 24°30 (точка А) соответствует магнитному румбу N0 42°40: от А идут параллельно пунктирной прямой до пересечения с кривой в точке В и оттуда параллельно сплошной прямой до пересечения в точке С с основной осью. Обычно О-ые отклонения откладываются направо, W-ые—налево.

Помещение вблизи компаса магнитов-унич-тожителей и мягкого железа для уничтожения девиации противоречит допущению Пуассона, что размеры магнитных стрелок малы по сравнению с расстоянием их до ближайших масс судового железа, и вызывает появление девиаций высших порядков: шестерной, восьмерной, десятерной и т. д. Теория показывает, что девиации высших порядков м. б. уничтожены рациональной конструкцией самой картушки—надлежащим расположением стрелок в картушке. Этот вопрос, один из наиболее интересных и трудных в теории девиации, был приближенно решен еще А. Смитом и всесторонне выяснен работами наших ученых А. Н. Крылова, П. А. До-могарова и В. М. Розенберг.

Лит.: Сакеллари Н., Описание мореходных инструментов, ч. 1, Л., 1928;×л ю с т и н Е., Девиация магнитного компаса, Л., 1927; Павлинов В., Магнитный компас на корабле, 2 изд., П., 1918; Сакеллари Н., Лекции по девиации, ч.2, Л., 1929 (литогр.); Крйлов А., Вычисление делений дефлектора компаса, «Записки по гидрографии», 1887, вып. 2; его же, О расположении стрелок в картушке компаса, «Морской сборник», СПБ, 1886, 5; Д о м о г а р о в П., Теоретическая девиация, вып 1, ч. 1, «Запискипо гидрографии», 1919, т. 44; его ж е, Элементарная аналитическая теория дефлектора и его расчет, там же, 1923, т. 46; Р о з е н б е р г В., К вопросу о расположении стрелок в картушке компаса, там же, т. 48, 1924; Домогаров П., Теоретическая девиация, ч. 2, там же, 1928, т. 54; Редигер Ф. и Оглобин-с к и и Н., Руководство по девиации компасов, М., 1895; Покровский С.И., Магнетизм, Л., 1927; Крылов А., О земном магнитизме, П., 1922; Минорский Н., Жи-роскопич. компас, П., 1916; Кудревич Б. И., Теория гироскопич. компаса, 2 И8Д., Л., 1929; его же, Элементарная теория и практика гироскопического компаса, ч. 2.—Практика, Л., 1925; его же, О гирокомпасе Броуна, Записки по гидрографии, изд. Главн. Гидрографии. Управления, т. 46, 1923; Михайлов Д., Гирокомпасы Сперри марка VI и марка VIII, Ленинград, 1929; Палецкий П., Одограф Виллье, Ленинград,

1926. Н. Сакеллари и К. Мигаловский.