Kompas – ukazatel směru na moři

Zhruba od konce středověku je nezbytným námořním nástrojem magnetický kompas, jehož magnetická střelka, volně rotující ve vodorovné rovině, pod vlivem zemského magnetického pole vždy ukazuje na sever. Dva jevy – magnetická deklinace a deviace – však použití kompasu znesnadňují. Důvodem magnetické deklinace je, že severní a jižní magnetické póly se neshodují s geografickými póly. Severní magnetický pól se nachází přibližně 1600 0 km od geografického severního pólu na severovýchodě Kanady. Střelka kompasu v místě, které neobsahuje železo, se shoduje s magnetickým poledníkem a má tedy v závislosti na místě snímání kompasu větší či menší odchylku. Ve vysokých zeměpisných šířkách se použití magnetického kompasu k určení směru stává neúčinným. Čím větší je vzdálenost od geografického severního pólu, tím menší je směrová chyba, protože úhel mezi magnetickým severním pólem a geografickým severním pólem se zmenšuje. Na poledníku, kde se nachází severní magnetický pól a zeměpisný severní pól, je magnetická deklinace 10°. V Biskajském zálivu je to asi 2° na západ a ve Středozemním moři asi XNUMX° na východ. Protože magnetický pól mění svou polohu, i když velmi pomalu, musí se magnetická deklinace každoročně upravovat. Odchylka je způsobena konstantními a střídavými magnetickými poli lodi, která mají dodatečný vliv na magnetickou střelku. Instalací permanentních magnetů a měkkého magnetického železa v blízkosti magnetického kompasu (kompenzační prostředky, které způsobují podobná pole opačného směru a stejnou intenzitu jako magnetická pole lodi), se korigují (kompenzují) chyby odchylek. Kompenzace se musí každoročně obnovovat. V souladu s ní je sestavena tabulka odchylek, kterou je nutné neustále sledovat v souvislosti s případnými změnami odchylky v závislosti na magnetické zeměpisné šířce a čase. Taková kontrolní měření se zapisují do deníku odchylek.

kompas

1 – magnetická deklinace 7°; 2 — kurz kompasu 339°; 3 – skutečný kurz 332°; 4 — čára kurzu.

Magnetický kompas má značku zvanou kurz; Nachází se ve středové ose lodi nebo rovnoběžně s ní a ukazuje kurz lodi na kartě kompasu. Kompasová karta je disk s 360° dílky, kde 0° označuje severní směr a 180° označuje jižní směr. Na jeho spodní straně jsou magnetické šipky upevněny paralelně k sobě. Aby byla kompasová karta svou magnetickou osou nastavena ve směru severního magnetického pólu, je nasazena na pohyblivém hrotu a může se otáčet vůči svému středu. Tělo kompasu spolu s magnety včetně kompasové karty má kardanový závěs, který zajišťuje jeho nezávislost na pohybech plavidla a díky kterému je osa otáčení kompasu vždy svislá. Pro zlepšení kompenzace náklonu se používají hlavně tekuté kompasy, u kterých je kompasová karta umístěna v misce kompasu naplněné tekutinou. Bez ohledu na pohyby lodi v horizontální rovině je tedy možné určit kurz a světové strany lodi. Obrázek karty se siluetou lodi ve vertikální projekci ukazuje kurz lodi a magnetickou deklinaci, které jsou v tomto bodě Severního moře 7° na západ. To znamená, že severní magnetický pól má v tomto místě směr 7° západně od zeměpisného severního pólu. V daném příkladu tedy loď sleduje kurs nikoli 339°, ale 332°.

Pohyb kardanového gyroskopu (a) a plovákového gyroskopu (b) pod vlivem sil působících na osu

1 — gyroskop; 2 – síla; 3 – odchylka v důsledku použití síly

S rostoucí rychlostí plavidla rostou i požadavky na přesnost kompasu. Na všech námořních plavidlech se kromě magnetického kompasu používá gyrokompas, který umožňuje určit směr geografického Severu a tím i kurz plavidla bez ohledu na všechny magnetické vlivy. Jak je známo, osa gyroskopu má tendenci udržovat svou polohu ve světovém prostoru nezměněnou. Gyroskop neklade odpor proti rovnoběžnému posunutí osy, ale odolává silám, které mají tendenci měnit směr osy, a šipka se vychyluje ve směru otáčení gyroskopu. Kapalný kompas má místo magnetické střelky jako indikační prvek gyroskop s elektrickým pohonem s frekvencí otáčení cca 20 5 ot./min., jehož doba spouštění je cca XNUMX hodin. Gyroskop je připevněn nebo umístěn v plováku tak, že jeho osa má vždy tendenci zaujímat vodorovnou polohu, neboť pouze v tomto případě je vždy nastavena ve směru sever. Gyroskop přijímá moment nasměrovaný na sever od rotace Země, která je při pohledu ze severu proti směru hodinových ručiček; V tomto případě je konec osy gyroskopu, vzhledem k níž se samotný gyroskop otáčí proti směru hodinových ručiček, obrácen na sever.

Nastavení gyroskopu kompasu ve směru sever-jih na rovníku a ve středních zeměpisných šířkách

1 — směr pohybu osy gyroskopu; 2 – vzestup osy gyroskopu v důsledku rotace Země; 3 – plovoucí síla; 4 – směr rotace Země.

Nejjednodušší způsob, jak ukázat činnost gyroskopu jako ukazatele směru, je na rovníku. Například gyroskop se uvede do pohybu s osou východ-západ, pak vlivem rotace Země osa gyroskopu stoupá. Proti tomuto zdvihu působí kolmá síla plováku, která má tendenci udržovat osu gyroskopu ve vodorovné poloze. V tomto případě je gyroskop vychýlen kolmo na směr síly tak, že se jeho osa stočí k poledníku, tedy ve směru sever-jih. Když je osa nastavena ve směru poledníku, tedy rovnoběžně s osou rotace Země, pak vlivem rotace Země dostává další rovnoběžný posun v prostoru, který neklade odpor. Působením plovoucí síly a setrvačnosti gyroskopu při otáčení ve směru poledníku se osa gyroskopu odchýlí od severojižního směru, ale vlivem rotace Země a plovoucí síly vznikající na druhém konci osy gyroskopu se opět vrací zpět do poledníku. Gyroskop tedy neustále kmitá v blízkosti meridiánu (vlastní výchozí poloha) a díky mírnému tření mezi plovákem a kapalinou (rtutí) velmi pomalu zaujímá polohu meridiánu. Pro urychlení tohoto procesu je do instalace kompasu zabudován systém stabilizace pohybu podobný stabilizační nádrži Fram. Uklidňovací nádrž zajišťuje, že síla plováku, který má tendenci otočit osu gyroskopu do vodorovné roviny, je k tomuto otočení využita jen částečně, zatímco druhá část, kdy se posune těžiště celého gyroskopického systému, je zničena přetékající kapalinou.

Princip tlumení kompasu Gyro

Gyrokompas má tzv. chybu kurzu, se kterou je třeba počítat v navigaci. Rychlost lodi představuje do jisté míry velmi pomalou rotaci Země, která má na gyroskop stejný vliv jako rotace Země samotné. Pokud plavidlo sleduje kurz jih-sever, změní se vodorovná rovina a tím i směr osy gyroskopu v prostoru, což má za následek odchylku osy gyroskopu na západ a s opačným kurzem – na východ. Když se plavidlo pohybuje ve směru východ-západ, je vyloučen výskyt chyby kurzu, protože pouze jedno otočení vodorovné roviny napříč směrem os vytváří vychylovací sílu. Když se horizont otáčí kolem osy gyroskopu, jako u kurzu východ-západ, nedochází k žádné odchylce osy. Odchylka osy gyroskopu od poledníku závisí na rychlosti plavidla, jeho kurzu a zeměpisné šířce; Hodnota odchylky se bere z tabulky chyb kurzu a bere se v úvahu při určování kurzu lodi. Pro kompenzaci sil, které vznikají především při rolování plavidla, se široce používají gyrokompasy se dvěma nebo třemi gyroskopy. Vyznačují se velmi vysokou přesností jako ukazatele směru a umožňují odečítání s přesností až na desetiny stupně. Ve většině případů je ke gyrokompasu připojeno několik opakovacích kompasů (sekundárních kompasů). Pomocí speciálního elektromotoru se každé otočení systému plovoucího gyroskopu (změna směru) v hlavním kompasu přenáší na kompasy sekundární. Proto lze hlavní kompas instalovat kdekoli na plavidle. Hlavní kompas je zpravidla chlazený vzduchem a je instalován i na navigačním můstku. Sekundární kompasy jsou umístěny nejen v kormidelně na navigačním můstku, ale také na mostních křídlech, na navigačním můstku a na stanovišti nouzového řízení. Kromě toho je lze zabudovat do kompasů pro zaměřování směru, rádiových zaměřovačů, radarových zařízení a do automatických systémů řízení lodí.

Gyroskop

a — karta kompasu (ve zjednodušené podobě); b – návrh systému gyrokompasu; c — návrh kompasu se třemi gyroskopy; d — konstrukce kompasu se dvěma gyroskopy; e – hlavní kompas

1 – ložiskový kompas; 2 — sloupek řízení; 3 – signalizační zařízení; 4 — regulátor chyby kurzu; 5 – sekundární kompas; 6 — zástrčkové zařízení; 7 — čerpadlo chladicí vody; 8 – hlavní kompas; 9 — rozvodná skříň; 10 — převodník; 11 — ovládací a spínací skříňka; 12 — síť; 13 — startér; 14 – zapisovatel kurzu.