Кардашинский-Брауде Л.А. - Назначение и эксплуатационные возможности современных магнитных компасов
- Подробности
- Опубликовано 19 Сентября 2002 года в 22:06:24
- Просмотров: 9177
Кардашинский Л.А.
Клейман А.Ю.
Пугачев В.Н.
При произнесении или прочтении термина "магнитный компас" у некоторых слушателей и читателей возникает представление о компасе, как о чем-то архаичном и примитивном. Такое представление не соответствует действительности. Наоборот, традиционный (стрелочный) магнитный компас, прошедший многовековой путь развития и улучшений, пришел к началу ХХI века достаточно совершенным и современным. В разработках теории устройства компаса принимали участие такие видные ученые, как академики Вильям Томсон (лорд Кельвин) и Алексей Николаевич Крылов. В развитие теории девиации компаса большие вклады сделали ее основоположник академик Симон Дени Пуассон, а также член-корреспондент АН России Иван Петрович Колонг, уже упомянутый академик А.Н.Крылов и целый ряд зарубежных и отечественных ученых. В середине ХХ века кроме стрелочного компаса, названного так потому, что основными элементами его подвижного чувствительного элемента (ЧЭ) являются постоянные магниты-стрелки, появились магнитные индукционные (электронные) компасы. ЧЭ этих компасов неподвижны в плоскости палубы относительно судна. Принцип действия основан на применении магнитомодуляционных датчиков (феррозондов), преобразующих при воздействии на их сердечники переменного электромагнитного поля индукцию составляющих постоянного внешнего магнитного поля в электрические сигналы, служащие для выработки компасного курса. Основным отличием ЧЭ стрелочных от ЧЭ индукционных компасов является полная автономность (независимость от наличия электропитания) стрелочных и неработоспособность при отсутствии электропитания индукционных ЧЭ и, следовательно, электронных компасов.
После появления в начале ХХ века на флотах гирокурсоуказателей (гирокомпасов и гироазимутов) магнитные компасы уступили им назначение основных курсоуказателей, но сохранили за собой назначения дублирующих и аварийных.
Дублирование курсоуказателей служит для повышения надежности курсоуказания и состоит в периодическом или непрерывном сличении показаний курсоуказателей, имеющих различные принципы действия. Непрерывное сличение осуществляется, начиная с последней четверти ХХ века, после включения стрелочных дистанционных компасов с электрическими передачами показаний в состав навигационных комплексов для крупнотоннажных судов. Кроме сличения, показания магнитных компасов используются при документировании навигационных параметров движения судна, необходимого для анализа аварийных ситуаций, и ускоренного приведения гирокурсоуказателей в истинный меридиан.
Современные стрелочные (визуальные и дистанционные) компасы рассчитаны на работу в значительно более широком диапазоне температур, чем их предшественники. Например, температурный диапазон для компаса КМ 115 от –50°С до +70°С, тогда как для компаса УКП-М он составлял от –23°С до +40°С. Современные компасы рассчитаны на работу в условиях вибрации с частотой до 80 Гц и ускорением до 20 м/с2 (2 g), ударах с ускорением до 15 g, качке с амплитудой до 45° и периодом (7-9) с, соленого тумана, инея и росы.
Международная конвенция по безопасности мореплавания "Солас-74" потребовала обязательного наличия на всех судах магнитных стрелочных компасов. Пересмотр этого документа в 1999-2000 годах усилил роль компасов. В Конвенции 2000 г. указано, что на судах с водоизмещениями 300 тонн и более необходимо использовать, кроме того, дистанционные компасы с электрическими передачами показаний.
Учитывая потребности гражданского и военного судостроения (кораблестроения) ОАО "Штурманские приборы" разработан типовой ряд стрелочных компасов КМ 115 для судов и кораблей малого и среднего водоизмещения.
Разработаны следующие модификации компаса:
- КМ 115 – основной или путевой компас на высоком нактоузе
- КМ 115-01 – путевой компас на низком нактоузе
- КМ 115-02 компас для шлюпок
- КМ 115-03 – путевой компас пультового исполнения
- КМ 115-04 – основной или путевой компас для кораблей, оборудованных обмотками размагничивания (до шести обмоток включительно)
- КМ 115-07 – основной или путевой компас с дистанционной электронной передачей показаний
В настоящее время ОАО "Штурманские приборы" разрабатывает модификацию КМ 115-08 – основного или путевого компаса с дистанционной электронной передачей показаний для кораблей, оборудованных обмотками размагничивания.
Все модификации компаса КМ 115 имеют одинаковые магнитные чувствительные элементы (ЧЭ) со шкалой (картушкой) диаметром 115 мм, снабженные специальным монолитным магнитом тороидальной формы. Применение этих магнитов позволило осуществить беспрепятственное преобразование азимутального положения ЧЭ в электрические сигналы с использованием двух феррозондов, расположенных ортогонально на внешней стенке котелка на уровне магнита ЧЭ.
Такие технические решения, как химический состав и форма магнита ЧЭ, а также размещение феррозондов и некоторые другие защищены патентами РФ.
Некоторые современные индукционные (электронные) компасы, снабженные программируемыми вычислителями, имеют программы, обеспечивающие возможность полуавтоматического учета полукруговой и четвертной девиации в процессе полной циркуляции судна и исключения ее из показаний компасов.
Для улучшения эксплуатационных качеств дистанционных стрелочных компасов КМ 115-07 и КМ 115-08 в ОАО "Штурманские приборы" разработана теоретическая основа и алгоритмы полуавтоматического учета изменений наименее стабильной полукруговой девиации.
Выше указано, что магнитные компасы являются не только дублирующими, но и аварийными. Стрелочный компас является аварийным, поскольку его ЧЭ не нуждается в электропитании и указывает курс непрерывно. Электронные компасы в настоящее время аварийными не являются.
Для придания им качеств аварийных приборов необходимо:
- значительно уменьшить потребляемую ими мощность для обеспечения ввода в состав компаса аккумулятора, работающего в режиме автоматической подзарядки и обеспечивающего работу компаса в течение нескольких суток
- сконцентрировать ЧЭ, вычислитель, индикаторы и аккумулятор в одном конструктиве во избежание отказа компаса при повреждении одного или нескольких периферийных приборов, входящих в его состав, или межприборных связей, возможных при аварии
- повысить эксплуатационную надежность до значения, присущего современным стрелочным визуальным компасам
Первые два требования следует считать вполне выполнимыми, однако третье требование в настоящее время и в ближайшей перспективе не будет удовлетворено.
Поэтому следует считать установку на кораблях и судах электронных компасов нецелесообразной. Исключение может быть сделано лишь для малотоннажных спортивных и прогулочных плавсредств, выполняющих прибрежные плавания, что соответствует современной зарубежной практике.
В заключение приведем некоторые основные эксплуатационные параметры и характеристики компаса КМ 115-07:
- Погрешность измерения магнитного курса, определяемая точностью определения поправок (остаточной девиации), не превышает ±0,5°
- Погрешность указания значений магнитного склонения на навигационных картах для большинства акваторий не превышает ±0,5°
- Среднеквадратичная ошибка выработки истинного курса не превышает ±0,7°
- Компас индицирует значения истинного курса на аналоговом РК-А (с вращающейся шкалой), цифровых РК-Ц (с цифровым табло) репитерах и на аналого-цифровом приборе ПАЦ. Компас транслирует текущие значения курса потребителям.
- Компас обеспечивает эффективное осреднение индицируемых значений курса при воздействии качки
- Компас сигнализирует об отклонении корабля (судна) от заданного генерального курса на ±5° и ±10° звуковыми (прерывистым и непрерывным) сигналами
- Компас снабжен встроенным устройством для индикации неисправностей электронной передачи. В состав одиночного комплекта ЗИП включены все блоки, входящие в состав приборов ПАЦ, РК-Ц и РК-А