Гирокомпас: устройство и принцип работы¶

Гирокомпас — навигационный прибор, предназначенный для определения направления истинного меридиана и, соответственно, курса объекта. В отличие от магнитного компаса, он не использует магнитное поле Земли, а опирается на свойства быстровращающегося ротора и суточное вращение планеты. Благодаря этому гирокомпас указывает направление на географический (истинный) полюс, а не на магнитный, и его показания не зависят от магнитных аномалий, девиации от судового железа и близости к полюсам.

¶Принцип работы

Основой прибора служит гироскоп — массивный ротор, вращающийся с высокой частотой (обычно 6 000–30 000 об/мин) вокруг оси, закреплённой в кардановом подвесе. Такой ротор обладает свойством сохранять направление оси вращения в пространстве (закон сохранения момента импульса).

Если бы Земля не вращалась, ось свободного гироскопа сохраняла бы неизменное положение относительно звёзд. Однако сама Земля совершает суточное вращение, и вместе с ней поворачивается горизонтальная плоскость в данной точке. В результате возникает гироскопический момент, который стремится совместить ось ротора с направлением на полюс — это явление называют маятниковым эффектом или эффектом маятника Фуко. Чтобы усилить его, ось гироскопа искусственно удерживают вблизи горизонтальной плоскости, например с помощью груза или дополнительной камеры с жидкостью.

После успокоения колебаний ось ротора устанавливается в плоскости истинного меридиана, и по её положению относительно корпуса судна отсчитывают курс.

¶Устройство

Типовой гирокомпас включает несколько основных узлов:

• Чувствительный элемент — гироскоп с ротором, заключённый в герметичный корпус (гиросферу), часто плавающий в жидкости для уменьшения трения.
• Система подвеса — кардановы кольца или поплавковая опора, обеспечивающие свободу вращения.
• Следящая система — датчики и сельсины, передающие угол поворота гиросферы на репитеры (повторители).
• Корректирующее устройство — маятник или система жидкостных сосудов, создающая момент для приведения оси к меридиану.
• Успокоитель колебаний — демпфирующее звено, гасящее собственные колебания гиросферы вокруг положения равновесия.
• Репитеры — выносные указатели курса, устанавливаемые на мостике и в других постах.

¶Виды

Различают гирокомпасы по способу создания корректирующего момента:

¶Погрешности

Показания гирокомпаса искажают несколько факторов. Инерционная девиация возникает при ускорениях судна (качка, маневрирование). Скоростная девиация зависит от скорости и курса движения. Широтная погрешность растёт с приближением к полюсам, где горизонтальная составляющая вращения Земли мала. Для компенсации применяют специальные корректирующие механизмы и поправки.

¶Применение

Гирокомпас — основной курсоуказатель на морских судах, подводных лодках и в авиации. Его показания используют в системах автоматического управления, для стабилизации антенн, в навигационных комплексах и инерциальных системах. В отличие от магнитного компаса, он работает в высоких широтах и не подвержен влиянию металлического корпуса, что делает его незаменимым на современных судах.