Магнитный компас обладает целым рядом ценных качеств: простота устройства и обслуживания, независимость от источников электропитания, постоянная готовность к действию и сравнительно невысокая стоимость. Благодаря этому магнитный компас до сих пор устанавливается на самых современных морских судах, имеющих другие, более точные курсоуказатели и совершенное навигационное оборудование. На судах внутреннего плавания классов «М», «О» и пассажирских судах класса «Р» также обязательно должен быть установлен магнитный компас.

В зависимости от назначения и места установки магнитные компасы бывают главными и путевыми. Главный магнитный компас обычно устанавливают на верхнем мостике в диаметральной плоскости судна в наиболее возможном удалении от судового железа. Он предназначен для пеленгования ориентиров и контроля курса. Путевой магнитный компас устанавливается в рулевой рубке вблизи от пульта управления рулем. Показания этого компаса используют для удержания судна на заданном курсе. В рулевой рубке компас находится в менее благоприятных условиях, чем на верхнем мостике, поэтому курс по путевому компасу контролируют сличением с главным компасом.

На судах Минречфлота наиболее распространен магнитный компас УКП-М. Компас (рис. 17) состоит из следующих основных частей: чувствительного элемента (картушки), котелка, пеленгатора, нактоуза и девиационного прибора.

Картушка (рис. 18) является главной частью компаса и состоит из системы магнитных стрелок 1 , поплавка 3 и диска со шкалой 4. Поплавок служит для уменьшения веса картушки в жидкости. Он имеет вдоль вертикальной оси сквозное отверстие, в которое сверху вставляется агатовая топка 6, закрепляемая винтом 2. Топка нижней поверх-

Рис. 17. Магнитный компас УКП-М	Рис. 18. Картушка компаса

ностью опирается на острие шпильки котелка компаса. В нижней части отверстие переходит в конус 5, который ограничивает угол наклона картушки относительно котелка до 10°.

Котелок (рис. 19) представляет собой резервуар, состоящий из двух заполненных компасной жидкостью камер; верхней - основной и нижней - дополнительной. В верхнюю камеру 9 помещена картушка, а нижняя 10 служит для компенсации температурных изменений объема компасной жидкости. В центре дна верхней камеры имеется колонка 5, в которую ввинчивается шпилька 4. Шпилька на конце имеет заточенный на конус иридиевый напай, на который опирается топка картушки. Кроме этого, в верхней камере установлены две курсовые нити 2 из черненой латунной проволоки. Дополнительная камера соединена с основной широким отверстием, закрытым козырьком 6. Дно дополнительной камеры гофрировано и называется диафрагмой. Диафрагма 1 позволяет изменять объем камеры при увеличении или уменьшении объема жидкости. Установленный в дополнительной камере рефлектор 3 не позволяет пузырькам воздуха попадать в основную камеру и направляет вверх лучи от лампочки освещения 14. В среднюю часть диафрагмы вставлено стекло 12 (0 = 44,5 мм), по центру которого имеется втулка 13 с герметической пробкой. Через эту втулку с помощью специального ключа может быть вывинчена шпилька 4 для осмотра или замены.

Сверху котелок закрывается стеклом 7, которое прижимается азимутальным кольцом 8 к резиновой прокладке. На азимутальном кольце нанесена шкала курсовых углов от 0 до 360°. Снизу к корпусу котелка привинчена латунная чашка со свинцовым грузом 11 для понижения центра тяжести котелка. В чашку вмонтирован патрон с электрической лампочкой для освещения картушки.

Компасная жидкость представляет собой водный раствор этилового спирта (43%), который замерзает при температуре - 26°С. Для доливки компасной жидкости в боковой стенке котелка имеется отверстие на уровне дополнительной камеры.

Для сохранения горизонтального положения азимутального круга во время качки котелок помещен в карданное кольцо. С помощью двух цапф (шипов) карданное кольцо подвешивается в нактоузе.

Пеленгатор предназначен для измерения пеленгов и курсовых углов на ориентиры. Пеленгатор (рис. 20) состоит из основания 1 , предметной мишени 3 и глазной мишени 6.

Основание выполнено в виде кольца, которое устанавливается на азимутальном круге котелка и фиксируется на котелке с помощью двух планок: одной - неподвижной, а другой - подвижной в виде защелки. При установке и снятии пеленгатора защелку необходимо оттянуть.

На основании с помощью шарниров крепятся глазная и предметная мишени. Предметная мишень представляет собой прямоугольную рамку с натянутой посередине визирной нитью из тонкой (Ø= 0,4 мм) луженой медной проволоки. Для пеленгования небесных светил предметная мишень имеет откидное зеркало 2.

Глазная мишень имеет вид планки с прорезью. При пеленговании хорошо видимых и ярких предметов прорезь закрывается латунной шторкой с узкой щелью.

Визирная плоскость пеленгатора проходит через середину прорези глазной мишени и нить предметной. Для снятия отсчетов пеленга на глазной мишени установлена в латунной оправе призма 5, закрепленная на передвижной каретке. Призма несколько увеличивает изображение шкалы картушки, поэтому отсчет пеленга снимается с точностью до 0,2°. Для пеленгования Солнца глазная мишень имеет два откидных светофильтра 4.

При измерении магнитных сил на пеленгатор устанавливают входящую в комплект компаса съемную планку 7 с чашкой для крепления дефлектора.

Нактоуз (см. рис. 17) - силуминовая тумба, в которой устанавливаются все основные части компаса. Нактоуз состоит из верхнего основания 3, корпуса 2 и нижнего основания 1 . В верхнем основании на карданном кольце устанавливается котелок, крепятся специальные индукционные пластины и компенсаторы 4 из мягкого железа (продольные бруски) для уничтожения четвертной девиации.

Корпус имеет форму трубы с прямоугольным вырезом. Внутри корпуса установлен девиационный прибор 6. Вырез закрывается крышкой закрепляемой шпильками. Нижнее основание выполнено в виде фланца и предназначено для крепления компаса на судне. К нактоузу крепится блок питания 5 освещения, где установлены переключатель источников питания, реостат регулировки яркости освещения и предохранители.

Девиац и онн ы й прибор предназначен для уничтожения полукруговой и креновой девиации и состоит из латунной трубы и двух передвижных кареток для крепления магнитов-уничтожителей. Внутри" трубы на медном тросике подвешен вертикальный магнит. Конец тросика закреплен на валике, установленном над трубой. При- вращении валика изменяется положение вертикального магнита.

Компасы марки УКП-М выпускаются промышленностью на высоком нактоузе для использования в качестве главных и на низком - в качестве путевых. Кроме компасов УКП-М, на речных судах устанавливают компасы с дистанционной оптической передачей марки КМО-Т. Такой компас обычно устанавливают на верхнем мостике над рулевой рубкой, а его показания передаются в рулевую рубку к посту управления рулем. Компас КМО-Т имеет в своем составе те же части, что и обычный компас УКП-М. Передача показаний осуществляется с помощью оптической системы.

Детали оптической системы помещаются частично в нактоузе, а частично в специальной трубе оптического тракта, которая проходит от места установки компаса в рулевую рубку. Труба состоит из неподвижной и подвижной частей. В нижней подвижной части установлено зеркало, через которое видны показания курса. Оптическая система компаса КМО-Т (рис. 21) состоит из защитного стекла 1, верхней 2 и нижней 3 линз, обогревного стекла 4 и зеркала 5. Картушка, котелок, девиационный прибор и нактоуз имеют различия в конструкции по сравнению с компасом УКП-М.

Рис. 21. Оптическая система компаса КМО-Т

Производится размагничивание судна, т. е. компенсация его собственного магнитного поля на глубине защиты, под днищем, и вероятность срабатывания магнитных мин уменьшается.

При включенных размагничивающих обмотках происходит искажение поля в той точке, где располагается магнитный компас, т. е. возникает электромагнитная девиация .

Под влиянием трех составляющих магнитного поля Земли корпус судна приобретает индуктивную намагниченность, которую можно представить тремя векторами: Мx, Мy, Мz (рис. 7.1), причем:

Мх = n1Х = n1Hcosk;

My = n2Y = n2Hsink;

где n1, n2, n3 - коэффициенты, зависящие от материала и размеров корпуса, соответственно.

Рис. 7.1 Индуктивная намагниченность судна

Помимо индуктивного намагничивания, судно обладает также постоянным магнитным моментом, который можно выразить таким же образом - тремя векторами Nx, Ny, Nz, не зависящими ни от курса, ни от широты.

Для компенсации судового магнетизма применяют систему обмоток, которые, охватывая корпус судна, образуют как бы три больших соленоида по трем судовым осям: z, y, х. Обмотки называются: основная 1, батоксная 2 и шпангоутная 3. Они компенсируют намагниченность по соответствующим осям (z, у, х). Каждая обмотка имеет несколько секций, в которых сила тока регулируется в зависимости от изменения курса и широты.

Для уничтожения электромагнитной девиации применяют компенсирующее устройство (КУС), в которое входят электромагнитный компенсатор и регулировочные потенциометры. Электромагнитный компенсатор представляет собой систему из трех взаимно перпендикулярных соленоидов (х, у, z). В каждом соленоиде есть независимые секции витков: постоянная, широтная, курсовая синусная и курсовая косинусная.

Компенсатор устанавливают в верхней части нактоуза под котелком компаса. Секции соленоидов КУС подключают параллельно соответствующим секциям обмоток размагничивания. Силу тока в каждой секции подбирают при начальной регулировке с помощью отдельных потенциометров таким образом, чтобы обеспечить компенсацию в центре компаса сил, обусловленных действием обмоток размагничивания. Процесс начальной регулировки тока в обмотках КУС с одновременным изменением проекций магнитных сил в точке, где находится центр картушки компаса, называется уничтожением электромагнитной девиации. Эту работу выполняют на стоянке на произвольном курсе, близком к четвертному.

Уничтожение электромагнитной девиации выполняется в три этапа.

Первый этап - это компенсация вертикальных магнитных сил. Котелок компаса заменяют судовым инклинатором, работающим в режиме магнитных весов. Вертикальным вспомогательным магнитом устанавливают стрелку инклинатора в горизонтальное положение. Затем, не снимая инклинатора, включают постоянные секции всех обмоток размагничивания. При этом появляются три силы: горизонтальные - Pэ, Qэ и вертикальная - Rэ. Горизонтальные силы Pэ и Qэ не оказывают влияния на инклинатор, а вертикальная составляющая Rэ выведет стрелку инклинатора из горизонтального положения. Регулировкой тока в постоянной секции z - соленоида КУС добиваются, чтобы стрелка инклинатора снова вернулась в горизонтальное положение. Вертикальная составляющая оказывается скомпенсированной.

После этого, не снимая инклинатора и оставляя под током постоянные секции обмоток размагничивания, включают широтную секцию КУС (основной обмотки). Появляется вертикальная сила, которая отклоняет стрелку инклинатора. Регулировкой тока в широтной секции вертикального соленоида КУС добиваются, чтобы стрелка инклинатора снова заняла горизонтальное положение. Вертикальная сила оказывается скомпенсированной.

Второй этап - компенсация продольных сил выполняется с использованием дефлектора, подготовленного для измерения проекций горизонтальных сил (без вспомогательного магнита).

Третий этап - компенсация поперечных магнитных сил. Эту операцию выполняют также с использованием дефлектора и соответствующих потенциометров КУС.

После уничтожения электромагнитной девиации определяют остаточную девиацию и составляют две рабочие таблицы девиации: одну для включенных и другую для выключенных обмоток размагничивания.

На многих судах нет стационарных обмоток размагничивания. Такие суда подвергают периодическому размагничиванию с помощью временных обмоток, сооружаемых из переносного кабеля. Такой способ размагничивания снимает только постоянный магнетизм от твердого судового железа.

8 Устройство и выверки магнитного компаса укпм-м

8.1 Устройство магнитного компаса

Магнитные компасы используются на судах в качестве курсоуказателя, а также для определения места судна в море по пеленгам береговых ориентиров и небесных светил. Компас, используемый для пеленгования и для контроля курса, называется главным . Он устанавливается на верхнем мостике в диаметральной плоскости судна или, как исключение, вблизи нее. Компас, находящийся в рулевой рубке, по показаниям которого рулевой удерживает судно на заданном курсе, называется путевым .

Чувствительный элемент магнитного компаса УКПМ-М (рис.8.1) представляет собой шестистрелочную магнитную систему (рис.8.2), помещенную в котелок с поддерживающей жидкостью. Чувствительный элемент имеет круговую шкалу для отсчета курса судна. Магнитная система со шкалой называется картушкой магнитного компаса, центрируемой при помощи шпильки.

Так как концы стрелок 1 находятся на одной окружности и под заданными углами по отношению к диаметру их магнитной системы, то этим с достаточной для практики точностью достигается автоматическое уничтожение коэффициентов девиации высших порядков. Такое обстоятельство позволяет во всех случаях судовой практики ограничиваться определением остаточной девиации у компаса только на восьми равноотстоящих компасных или магнитных курсах.

Кроме того, таким расположением стрелок достигается еще равенство моментов инерции картушки относительно любой экваториальной оси ее диска с делениями, что исключает беспорядочные колебания самой картушки во время качки судна.

Оправа картушки (рис. 8.2) состоит из поплавка 2 , изготовленного из тонкой листовой латуни с ободком, конуса 7 , снабженного агатовой топкой 3 и крепительным винтом 4 к ней, бумажного диска 5 и опорного диска 6 . Конус 7 служит для того, чтобы картушка могла приобретать на шпильке, ввинченной до отказа в колонку котелка, угол наклона ≤ 12°, не касаясь этой колонки.

Бумажный диск 5 разбит на 360° через 1°, причем цифрами обозначены десятки градусов, начиная от 0°. Латинскими буквами обозначены главные и четвертные румбы.

Котелок компаса с жидкостью, в которой находится картушка, установлен в кардановом подвесе в верхней части нактоуза, предназначенного для подвеса магнитного компаса и размещения девиационного прибора. Нактоуз крепится к верхней палубе и, как правило, располагается в диаметральной плоскости судна. Такое его расположение обеспечивает наиболее благоприятные магнитные условия для работы магнитного компаса. На боковой стенке котелка имеется отверстие, закрываемое винтовой пробкой. Через указанное отверстие котелок заполняется поддерживающей жидкостью (водным раствором этилового спирта крепостью 43º), не замерзающей до -26º. При наличии в основной камере котелка воздушных пузырей, необходимо их удалить. Для этого котелок компаса аккуратно переворачивают стеклянной крышкой вниз и покачивают вокруг горизонтальной оси или, убрав из чашки с грузом патрон электрической лампочки, несколько раз слегка нажимают на пробку диафрагмы. Если эти меры не дают желаемого результата, то следует долить в котелок некоторое количество компасной жидкости.

8.2 Выверки магнитного компаса

Проверка работоспособности магнитного чувствительного элемента (МЧЭ) - это определение погрешности от трения в опоре картушки компаса - определение застоя картушки. Картушку отклоняют на небольшой угол, воздействуя на нее каким-либо магнитом. После того, как магнит будет убран, она должна вернуться на первоначальный отсчет. При наличии застоя картушка установится в другом положении. Разность отсчетов характеризует величину застоя.

Для увеличения точности определения угла застоя отсчеты по картушке берут через призму пеленгатора. Работу выполняют в приведенной далее последовательности:

Устанавливают пеленгатор на отсчет 0° по азимутальному кругу и поворачивают нактоуз компаса так, чтобы под призмой пеленгатора оказался отсчет 180° (S ) картушки.

Воздействуя небольшим магнитом, отклоняют картушку на 2 - 3 градуса, убирают магнит и, после того, как картушка успокоится, снимают отсчет под призмой пеленгатора (с точностью до 0,2°); процедуру повторяют несколько раз;

Находят угол застоя как среднюю разность отсчетов по сравнению с первоначальным значением - 180°.

Застой картушки считается нормальным, если угол застоя не превышает ±0,2°. При большем застое необходимо заточить или заменить шпильку компаса.

Нить предметной мишени пеленгатора не должна иметь слабины и изгибов. Если она не удовлетворяет этим требованиям, то ее следует заменить, взяв запасную нить из комплекта дефлектора.

Нить предметной мишени должна располагаться в вертикальной плоскости. Выверку положения мишени выполняют путем пеленгования отвеса, расположенного на расстоянии 3 - 4 м от компаса. Если мишень имеет наклон, нужно отдать винты, крепящие ее к основанию пеленгатора, и подложить под соответствующую лапку прокладку из фольги.

Глазная мишень должна быть вертикальна и находиться в визирной плоскости пеленгатора. Нижняя грань призмы глазной мишени должна лежать в горизонтальной плоскости. Проверка призмы глазной мишени производится при положении пеленгатора на отсчете 180° азимутального круга котелка. Глазную мишень слегка наклоняют вперед и наблюдают одновременно нить предметной мишени и видимую в призме носовую курсовую нить, которые должны лежать на одной вертикали. Неправильное положение призмы заключается в том, что курсовая черта располагается не вертикально, а под некоторым углом к нити предметной мишени. Для устранения этой погрешности необходимо так повернуть призму вокруг продольно-горизонтальной оси, чтобы ось носовой курсовой черты, видимой в призму, составляла продолжение оси нити предметной мишени.

Неотъемлемым мореходным инструментом примерно с конца средневековья является магнитный компас, магнитная стрелка которого, свободно вращающаяся в горизонтальной плоскости, под действием магнитного поля Земли всегда показывает на север. Однако два явления - магнитное склонение и девиация - затрудняют пользование компасом. Причина магнитного склонения заключается в том, что северный и южный магнитные полюсы не совпадают с географическими. Северный магнитный полюс расположен примерно в 1600 км от географического Северного полюса на северо-востоке Канады. Стрелка компаса в месте, не содержащем железа, совпадает с магнитным меридианом и поэтому в зависимости от места снятия показаний с компаса имеет большее или меньшее отклонение. В высоких широтах пользование магнитным компасом для определения направления становится неэффективным. Чем больше расстояние от географического Северного полюса, тем меньше получается ошибка в направлении, поскольку уменьшается угол между северным магнитным полюсом и географическим Северным полюсом. На меридиане, где находится северный магнитный полюс и географический Северный полюс, магнитное склонение разно 0°. В Бискайском заливе оно составляет около 10° к западу, а в Средиземном море - около 2° к востоку. Поскольку магнитный полюс, хотя и очень медленно, меняет свое положение, магнитное склонение должно ежегодно корректироваться. Девиация вызывается постоянным и переменным магнитными полями корабля, которые оказывают дополнительное влияние на магнитную стрелку. Путем установки постоянных магнитов и магнитно-мягкого железа вблизи магнитного компаса (компенсирующие средства, вызывающие аналогичные поля противоположного направления и такой же напряженности, как магнитные поля корабля) исправляются (компенсируются) девиационные погрешности. Компенсация должна повторяться ежегодно. В соответствии с ней составляется таблица отклонений, которая должна постоянно контролироваться в связи с возможными изменениями отклонения в зависимости от магнитной широты и времени. Такие контрольные замеры фиксируются в девиационном дневнике.

Магнитный компас имеет отметку, называемую курсовым румбом; он расположен в диаметральной плоскости судна или параллельно ей и показывает на картушке компаса курс корабля. Картушка компаса представляет собой диск с градуировкой в 360°, где 0° обозначает северное, а 180° - южное направление. На ее нижней стороне укреплены параллельно друг другу магнитные стрелки. Для того чтобы картушка компаса со своей магнитной осью могла устанавливаться в направлении северного магнитного полюса, она крепится на подвижном острие и может вращаться относительно своего центра. Корпус компаса вместе с магнитами, включая картушку, имеет карданов подвес, что обеспечивает его независимость от движений судна и благодаря чему ось вращения картушки всегда вертикальна. Для улучшения компенсации качки используются преимущественно жидкостные компасы, у которых картушка помещается в котелке компаса, заполненном жидкостью. Таким образом, независимо от движений судна в горизонтальной плоскости можно определить курс корабля и части света. На изображении картушки с силуэтом корабля в вертикальной проекции даны курс корабля и магнитное склонение, составляющие в этом месте Северного моря 7° к западу. Это означает, что северный магнитный полюс имеет в этом месте пеленг 7° к западу от географического Северного полюса. Таким образом, в приведенном примере судно следует курсом не 339° а 332°.

Движение гироскопа с карданным подвесом (а) и поплавкового гироскопа (b) под воздействием приложенных к оси сил

1 - гироскоп; 2 - сила; 3 - отклонение следствие приложения силы

С увеличением скорости судна возрастают также требования к точности компаса. На всех морских судах наряду с магнитным компасом используется гирокомпас, позволяющий независимо от всех магнитных влияний определить направление географического Севера и тем самым курс судна. Как известно, ось гироскопа стремится сохранить неизменным свое положение в мировом пространстве. Параллельному смещению оси гироскоп не оказывает противодействия, силам же, стремящимся изменить направление оси противодействует, и стрелка отклоняется в направлении вращения гироскопа. Вместо магнитной стрелки жидкостный компас имеет в качестве указательного элемента гироскоп с электрическим приводом с частотой вращения примерно 20 тыс. об/мин, время пуска которого составляет около 5 ч. Гироскоп крепится или помещается в поплавке таким образом, что его ось всегда стремится занять горизонтальное положение, так как только в таком случае она всегда устанавливается в направлении север - юг. Момент, направленный на север, гироскоп получает при вращении Земли, которое, если смотреть с севера, осуществляется против часовой стрелки; при этом на север обращен тот конец оси гироскопа, относительно которого против часовой стрелки вращается и сам гироскоп.

Установка гироскопа компаса в направлении север - юг на экваторе и на средних широтах

1 - направление движения оси гироскопа; 2 - подъем оси гироскопа из-за вращения Земли; 3 - сила поплавка; 4 - направление вращения Земли.

Проще всего показать действие гироскопа в качестве указателя направления на экваторе. Например, гироскоп приводится в движение при восточно-западном расположении оси, тогда благодаря повороту Земли происходит подъем оси гироскопа. Этому подъему противодействует перпендикулярная сила поплавка, стремящаяся удержать ось гироскопа в горизонтальном положении. При этом гироскоп отклоняется перпендикулярно к направлению силы таким образом, что его ось поворачивается к меридиану, т. е. в направлении север - юг. Когда ось устанавливается в направлении меридиана, т. е. параллельно оси вращения Земли, то благодаря повороту Земли она получает еще параллельное смещение в пространстве, которому не оказывает сопротивления. Вследствие воздействия силы поплавка и инерции гироскопа при вращении в направлении меридиана ось гироскопа отклоняется от направления север - юг, но благодаря вращению Земли и силе поплавка, возникающей на другом конце оси гироскопа, вновь возвращается к меридиану. Таким образом, гироскоп постоянно" колеблется вблизи меридиана (его собственное исходное положение) и вследствие незначительного трения между поплавком и жидкостью (ртутью) очень медленно принимает положение меридиана. Для ускорения этого процесса в установку компаса вмонтирована система стабилизации качки по типу успокоительной цистерны Фрама. Успокоительная цистерна способствует тому, что сила поплавка, стремящаяся повернуть ось гироскопа в горизонтальную плоскость, лишь частично используется для этого поворота, другая же часть при смещении центра тяжести всей гироскопической системы уничтожается за счет переливающейся жидкости.

Принцип демпфирования гироскопа компаса

Гирокомпас имеет так называемую ошибку курса, которую необходимо учитывать в навигации. Скорость судна представляет собой в определенной степени очень медленное вращение Земли, которое оказывает на гироскоп такое же влияние, как и само вращение Земли. Если судно следует курсом юг - север, изменяется горизонтальная плоскость и тем самым направление оси гироскопа в пространстве, в результате чего происходит отклонение оси гироскопа на запад, а при противоположном курсе:- на восток. При движении судна в восточно-западном направлении исключается возникновение ошибки курса, поскольку лишь одно вращение горизонтальной плоскости поперек направления осей создает отклоняющую силу. При вращении горизонта вокруг оси гироскопа, как при восточно-западном курсе, отклонения оси не происходит. Отклонение оси гироскопа от меридиана зависит от скорости судна, его курса и географической широты; величина отклонения берется из таблицы ошибок курса и учитывается при определении курса корабля. Для компенсации сил, возникающих прежде всего при бортовой качке судна, широко используются гирокомпасы с двумя или тремя гироскопами, отличающиеся очень высокой точностью работы в качестве указателей направления и позволяющие снимать показания с точностью до десятых долей градуса. В большинстве случаев к гирокомпасу подключается несколько компасов-репиторов (вторичных компасов). Посредством специального электродвигателя каждое вращение плавающей системы гироскопа (изменение направления) в главном компасе передается вторичным компасам. Поэтому главный компас может устанавливаться в любом месте судна. Как правило, главный компас имеет воздушное охлаждение и устанавливается также на ходовом мостике. Вторичные компасы размещают не только в рулевой рубке на ходовом мостике, но и на крыльях мостика, на навигационном мостике и в аварийном рулевом посту. Кроме того, они могут быть вмонтированы в пеленгаторные компасы, радиопеленгаторы, радиолокационные приборы и в системы автоматического управления судном.

Гироскоп

а - картушка компаса (в упрощенном виде); b - конструкция гирокомпасной системы; с - конструкция компаса с тремя гироскопами; d - конструкция компаса с двумя гироскопами; е - главный компас

1 - пеленгаторный компас; 2 - рулевая колонка; 3 - сигнальное устройство; 4 - задатчик ошибки курса; 5 - вторичный компас; 6 - штекерное устройство; 7 - насос охлаждающей воды; 8 - главный компас; 9 - распределительная коробка; 10 - преобразователь; 11 - коробка управления и включения; 12 - сеть; 13 - пускатель; 14 - курсограф.

Магнитный компас - устройство, указывающее на магнитные полюса Земли и, таким образом, облегчающее задачу ориентирования на местности.

Классический магнитный компас со шкалой и аретиром.

Слово «компас» заимствовано из итальянского языка, где «compasso» в переводе означает «циркуль». В слове «компас» принято ставить ударение на первый слог, однако в профессиональной речи моряков используется произношение с ударением на последний слог .

Назначение современных компасов - не только показывать основные стороны света: они также служат для определения азимута, а также направления по известному азимуту.

В основе современного магнитного компаса лежит магнитная стрелка, которая располагается вдоль силовых линий магнитного поля Земли, которая по своей сути является постоянным магнитом. Линии магнитного поля Земли, в свою очередь, тянутся от одного магнитного полюса к другому. При этом магнитные полюса находятся на расстоянии от географических полюсов. Кроме того, они находятся в постоянном движении, со временем меняя свое местоположение. Все это обуславливает некоторые погрешности в показаниях.

Стрелка магнитного компаса указывает не строго на Северный Полюс, а немного мимо. Для целей ориентирования это не критично, но в общем это полезно знать.

Именно по этой причине для точных измерений, проводимых с помощью магнитного компаса, следует учитывать разницу между северным направлением, которое показывает стрелка, и направлением на географический северный полюс Земли. О том, как это делается, мы рассказывали в отдельной статье.

История

Считается, что первый компас придумали в Китае во времена династии Сун. Об этом свидетельствует упоминание о нем, сделанное в китайской книге, написанной в 1044 году нашей эры.

Инсталляция в виде самого древнего в мире компаса.

Этот компас представлял собой ложку из природного магнитного минерала - магнетита (магнитного железняка), которая свободно поворачивалась на металлической доске под воздействием магнитного поля Земли.

Спустя какое-то время китайцы усовершенствовали прибор, погрузив намагниченный элемент в воду, где он мог свободно вращаться, не испытывая такого сопротивления, как его предшественник. Так появился первый водяной компас.

Чуть позже магнитный компас был изобретен и в Европе. Его устройство представляло собой магнитную стрелку, прикрепленную к плавающей в воде пробке из легкого материала. В видео показано, как повторить это:

Изобретенный в Европе компас усовершенствовал итальянец Флавио Джойя, прикрепив магнитную стрелку к диску с разметками (картушке) и насадив эту конструкцию на вертикальную шпильку для уменьшения сопротивления.

Освободившись от воды, компас стал значительно легче и надежнее.

На протяжении последующих веков магнитный компас совершенствовался и на сегодняшний день представляет собой довольно точный и удобный в пользовании прибор.

Классификация магнитных компасов

Существует множество различных моделей магнитного компаса. Тяжело перечислить все варианты, поэтому разберем некоторые отличительные черты, комбинации которых делают выбор этих устройств столь широким.

Компас с максимальной разметкой шкалы.

Жидкость внутри колбы

Компасы с герметичной колбой, наполненные специальной жидкостью, называются жидкостными.

Жидкость внутри колбы призвана гасить колебания стрелки, что способствует оперативной работе с таким компасом. Однако нарушение герметичности колбы может привести к попаданию под стекло пузырьков воздуха, что в некоторых случаях влияет на показания прибора.

Прямоугольный планшет

Компасы, у которых колба размещена на прямоугольной основе, называются планшетными.

Такие компасы наиболее удобны для работы, как с картой, так и для ориентирования на местности. На самом «планшете» чаще всего расчерчивается линейка для удобства работы с картой. Иногда на нем же размещается линза, а иногда могут встречаться вырезы различной геометрической формы и дополнительные разметки, например, для быстрого перевода расстояний, измеренных по карте, в расстояния, соответствующие им на местности.

Целик и мушка

Наличие на компасе целика и мушки позволяет проводить измерения азимута на объект более точно и более точно находить направление по известному азимуту.

Зеркало

Оснащенные зеркалом компасы дают возможность человеку, проводящему измерения, одновременно контролировать положение стрелки. Это уменьшает вероятность ошибки, связанной с непроизвольным поворотом прибора относительно вертикальной оси.

Стрелка, закрепленная на диске

Закрепленная на подвижном диске со шкалой стрелка в некоторых ситуациях упрощает процесс ориентирования. В этом случае не нужно следить, чтобы северный конец стрелки совпал с направлением на север на шкале, поскольку стрелка уже зафиксирована в этом положении.

Однако есть у моделей с фиксированной на диске стрелкой два больших минуса. Из-за большего трения о жидкость в колбе стрелка вместе с диском поворачивается значительно дольше. А при попадании в колбу даже небольшого количества воздуха (буквально нескольких пузырьков) компас может плохо работать: воздух, оказавшись под подвижным диском, прижимает его к верхнему стеклу колбы и не дает нормально вращаться.

Светящаяся разметка

Некоторые компасы имеют светящуюся разметку, что весьма удобно для использования этого инструмента в темное время суток.

Опасения о том, что такие компасы радиоактивны, являются мифами.

Ударопрочный корпус

Такой корпус обеспечивает дополнительную защиту компасу от повреждений, вызванных случайными ударами либо падением прибора на землю.

Однако это вовсе не значит, что такой компас можно безнаказанно использовать в качестве пращи: все-таки корпус - это всего лишь дополнительная защита, а не гарантия неубиваемости прибора.

Варианты крепления

Для удобства работы в разных моделях компасов предусмотрены различные варианты крепления.

Для спортивного ориентирования, где точность измерений не очень важна, выпускаются компасы с креплением на большой палец руки.

Классикой жанра могут считаться модели с ремешком на запястье. Многим туристам старшего поколения, да и военным тоже, известен пример «наручного» компаса - компас Адрианова. Наручные модели, подобно приборам с креплением на палец, всегда на виду, что очень удобно для быстрой работы с ними.

Планшетные модели, как правило, слишком громоздки для крепления на руку, поэтому в них обычно предусмотрена тонкая веревочка для подвешивания компаса на шею. Поскольку для работы с ними требуется немногим больше времени (дополнительные затраты времени связаны в основном с доставанием прибора из-под одежды), эти компасы наиболее удобны для ориентирования в длительных походах, где время не играет большой роли, а требования к работе с картой могут быть выше.

В последнее время мне доводилось видеть маленькие китайские компасы, вмонтированные в фастекс так называемых браслетов выживания. Однако, насколько могу судить, вмонтированное в тот же фастекс огниво с кресалом будут влиять на показания такого прибора, вызывая в нем магнитные девиации. А значит такой компас будет давать неправильные показания. То же самое касается и ножей выживания, в которых компас кто-то догадался вмонтировать в рукоять. Лично я не стал бы рекомендовать такие «мультитулы» на замену обычного компаса.

Модели с различной комбинацией вышеперечисленных нюансов широко используются туристами и другими любителями отдыха на природе. Однако существуют и модели, заточенные под иной род деятельности.

Например, на судах устанавливают специальные магнитные компасы, снабженные системой магнитов, уничтожающей магнитные девиации, вызванные конструктивными элементами самого судна. Остаточную же девиацию рассчитывают с помощью специальных таблиц.

Вся эта судовая конструкция весит несколько килограмм и точно непригодна для ориентирования в туризме.

Современные магнитные компасы для судов должны соответствовать стандарту ISO 11606 «Суда и морская технология. Морские электромагнитные компасы”, согласно которого погрешность в измерениях компаса не должна быть больше 0,5°. Такие приборы, несмотря на свою точность, как правило, значительно больше и тяжелее «туристских» вариантов, да и стоят на порядок дороже.

Считается, что некоторые животные, например, птицы, для ориентирования в пространстве используют внутренний геомагнитный компас. На сегодняшний день пока так и не удалось узнать, как именно работает такой механизм. Подозревают, что некоторые белковые структуры могут реагировать на магнитное поле Земли, однако какие рецепторы улавливают сигналы от этих белков, и по сей день остается загадкой.

Не совсем подходит для туризма и так называемый горный (геологический) компас. В отличии от туристских моделей, шкала горного компаса размечена не по часовой стрелке, а против нее. Такой прибор нужен для определения направлений простирания и падения слоя горной породы. Но если другого варианта нет, а сделать компактный компас из подручных материалов не получается, тогда можно пользоваться тем, что есть.

Самодельный компас из подручных средств

Если же в наличии есть иголка или рыболовный крючок, то можно сделать примитивный компас, положив их на лист бумаги или закрепив на тонкой ветке, и опустив всю конструкцию на воду. С большой вероятностью они уже будут намагничены и повернутся в направлении север–юг. Если же игла или крючок оказались не намагничены, их можно положить на несколько секунд на нож, пилу, мобильный телефон - все то, что обладает магнитным полем - а после снова опустить на воду.

В качестве стрелки импровизированного магнитного компаса можно использовать и более крупные предметы, например, нож. Но в этом случае придется сооружать приспособление, способное удержать нож на поверхности воды. Да и сама конструкция будет достаточно инерционной, и понадобится больше времени, для того, чтобы «стрелка» успокоилась.

Важно обеспечить изоляцию такого компаса от ветра, иначе определить стороны света с помощью такого прибора будет проблематично. Изоляцию можно сделать с помощью каримата, либо используя естественное укрытие - углубление в земле, скалу и тому подобное.

Устройство магнитного компаса

Ввиду большого разнообразия компасов, рассмотрим строение этого прибора на примере всего одной модели - советского военного наручного компаса Адрианова. Он показан на фото:

Внутри корпуса компаса имеется магнитная стрелка. Она является основной частью прибора. В рабочем состоянии стрелка может свободно вращаться на оси, выстраиваясь вдоль силовых линий магнитного поля.

Часть стрелки, которая указывает в направлении магнитного севера, в компасе Адрианова покрашена светонакопительной краской, излучающей свет после предварительной «зарядки» на свету. Этой же краской выкрашены и некоторые отметки на самой колбе.

Заряжаясь в течение светового дня, краска на стрелках такого компаса светится в темноте.

Чтобы стрелка не тряслась во время движения человека, этот компас снабжен специальным тормозом. Нажатие на рычажок тормоза приводит к фиксации стрелки, лишая ее возможности совершать движения.

Внутри корпуса под колбой нанесена двойная круговая шкала: внешняя размечена против часовой стрелки, внутренняя - по часовой.

Снаружи корпуса имеется подвижное кольцо с целиком, мушкой и указателем делений.

Данный компас снабжен ремешком для крепления на запястье, не очень удобным, но достаточным для надежного закрепления на руке. Это видно в видео:

Как пользоваться компасом

Современные модели компасов позволяют не только узнать направление на север и юг, но и измерять азимут на объект либо определять направление на местности по известному азимуту.

Для того, чтобы определить направления сторон света, нужно расположить компас горизонтально, привести стрелки в рабочее положение (если она была зафиксирована тормозом) и дождаться, когда колебания стрелки успокоятся. Северный конец стрелки укажет на север, южный - на юг. Зная эти стороны света, можно легко определить другие, о чем мы рассказывали в этой статье.

По сути, с точки зрения физики северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным магнитным полюсом, ведь именно к нему тянется северная часть стрелки магнитного компаса (противоположные полюса магнитов притягиваются). Та же самая «беда» и с южным магнитным полюсом, который по сути является северным полюсом магнита. Такое «перекручивание» было сделано для удобства, поскольку в противном случае северный географический полюс соответствовал бы южному магнитному, а южный географический - северному магнитному, что не очень удобно с практической точки зрения.

Если с помощью компаса нужно измерить азимут на объект (ориентир), то тут алгоритм действий будет зависеть от того, какой моделью мы пользуемся. Рассмотрим два основных варианта и способы ориентирования с их помощью.

Вариант №1. Измерение азимута с помощью компаса с фиксированной шкалой и подвижной стрелкой:

1. Компас располагается в горизонтальной плоскости.
2. Целик и мушка визируются на нужный ориентир.
3. При фиксированном положении компаса его шкала (лимб) вращается до тех пор, пока северная часть магнитной стрелки не укажет на значение 0°/360° на шкале. Теперь указатель компаса показывает значение на шкале, соответствующее магнитному азимуту на ориентир. О том, как переводить магнитный азимут в истинный, можно почитать в отдельной статье.

Вариант №2. Измерение азимута с помощью компаса со стрелкой, прикрепленной к шкале:

1. Целик и мушка наводятся на объект, на который измеряется азимут.
2. Выжидается время, пока шкала и стрелка повернутся и остановятся. Указатель покажет цифру на шкале, соответствующую измеряемому магнитному азимуту.

Теперь рассмотрим, как определить направление по известному азимуту. Рассматривать также будем для двух моделей.

Вариант №1. Определение направления с помощью компаса с фиксированной шкалой и подвижной стрелкой:

1. Компас располагается горизонтально.
2. Лимб поворачивают до тех пор, пока указатель не укажет на цифру на шкале, соответствующую заданному азимуту, по которому определяется направление.
3. Компас поворачивается в горизонтальной плоскости, пока северная часть магнитной стрелки не укажет на значение 0°/360° на шкале.
4. Компас удерживается в таком положении. Теперь мушка и целик укажут искомое направление.

Вариант №2. Определение направления с помощью компаса со стрелкой, прикрепленной к шкале:

1. Компас удерживается в горизонтальной плоскости.
2. Прибор вращается в горизонтальной плоскости до тех пор, пока указатель не укажет на шкале лимба цифру, соответствующую заданному азимуту.
3. Компас неподвижно фиксируется, а через мушки и целик отслеживается искомое направление.

Мы рассмотрели, как работать с компасом на местности, а о том, как производить измерения с помощью компаса по карте и как использовать этот инструмент для хождения по азимутам, можно почитать в отдельной статье.

Кроме работы с компасом стоит также сказать об общих правилах эксплуатации его, которые помогут сохранить работоспособность прибора на более продолжительный срок.

Общие правила эксплуатации магнитного компаса

Во время хранения и эксплуатации магнитный компас не должен находиться рядом с объектами, обладающими магнитными свойствами - металлическими изделиями, железосодержащими горными породами, магнитами, электронными устройствами.

Если магнитный компас снабжен тормозом для стрелки, то во время перехода стрелка должна быть зафиксирована.

Компас нужно беречь от падений и ударов. Особенно это важно для жидкостных моделей, нарушение целостности колбы которых может повлечь выход из строя всего прибора.

И конечно же перед выходом на маршрут нужно проверить исправность компаса и по возможности взять запасной. А о том, как именно определяется неисправность компаса, мы рассказывали в отдельной статье.

Погрешность магнитного компаса

Точность измерений, выполняемых с помощью магнитного компаса, зависит от нескольких факторов - цены деления шкалы компаса, магнитного склонения на территории, где производится измерение, а также наличия магнитных аномалий и магнитных девиаций. Коротко рассмотрим каждый из этих факторов.

Цена деления компаса показывает угловое расстояние между соседними засечками на шкале. Таким образом, чем меньше будет «шаг» между двумя засечками, тем точнее можно снимать показания с прибора.

В идеале вся шкала должна быть разбита засечками на 360 секторов. В этом случае цена деления компаса будет равна 1°. Однако чаще всего из-за небольшого диаметра диска, на который нанесена шкала, сделать такое большое количество пометок не представляется возможным, а если и представляется, то пользоваться такой шкалой будет не очень удобно из-за малой толщины засечек. Полагаю, именно поэтому очень часто цена деления компаса составляет не 1°, а увеличивается до 2–5°.

Магнитное склонение, о котором мы подробно рассказывали в отдельной статье, в некоторых случаях может оказывать значительное влияние на результаты измерений из-за отклонения магнитной стрелки компаса. Если не учитывать магнитное склонение, то ошибка в измерениях может достигнуть десятка градусов, а в некоторых случаях - и более того.

Вблизи полюсов Земли магнитный компас практически непригоден для использования из-за того, что нахождение магнитного полюса Земли, на который показывает прибор, может быть в диаметрально противоположном направлении от местоположения географического полюса.

Если магнитное склонение не указано либо указанное значение устарело, а значит с большой долей вероятности неверно, то в некоторых случаях можно найти его самостоятельно, измерив с помощью магнитного компаса азимут на линейный ориентир по карте и на местности и произведя расчет разницы в показаниях.

Магнитная аномалия - это территория, на которой направление магнитного поля имеет существенное отличие от направлений магнитного поля на близлежащих территориях. Это может быть связано, например, с залеганием магнитной руды. Соответственно, в областях с магнитными аномалиями и показания магнитного компаса тоже будут искажены.

На некоторых картах районы с магнитными аномалиями помечаются на рамке там же, где обычно указывается магнитное склонение. В этом случае обычно пишут о границах, в пределах которых может отклоняться магнитная стрелка от направления на истинный меридиан.

Магнитные девиации - это отклонения магнитной стрелки компаса от направления вектора магнитного поля Земли, возникающие при нахождении вблизи прибора намагниченных объектов либо проводника, по которому течет электрический ток. Так, стрелка может отклоняться при нахождении поблизости рации, мобильного телефона, ножа, топора, пилы, транспорта, линии электропередач и даже другого магнитного компаса. Поэтому при выполнении измерений стараются убрать подальше инструменты и электроприборы, а сами измерения проводить в стороне от транспорта, железнодорожных путей и высоковольтных проводов.

По причине магнитных девиаций не стоит покупать нож со встроенным в ручку компасом и браслет выживания, о которых рассказывалось ранее. В них компас сразу встроен в инструмент, который сам может вызывать девиацию, а потому полагаться на точность работы компаса здесь не приходится.

Какие еще бывают компасы

Для полноты картины считаю нужным коротко рассказать и про другие виды компасов, в том числе и немагнитных, работа которых строится немного на других принципах.

Эти компасы отличны по своему строению и обладают отличными от магнитного характеристиками, что в ряде случаев обеспечивает их превосходство над классической «туристской» моделью.

Начнем с гирокомпаса. Принцип действия этого прибора основан на работе гироскопа. В некоторых случаях в состав гирокомпаса может входить не один гироскоп, а несколько.

В отличии от магнитного компаса, гирокомпас показывает направление на истинный север. Существенным отличием его является низкая чувствительность к магнитным полям, вызывающим магнитные девиации в магнитном компасе.

Однако девиации в гирокомпасе все же возникают. Это возможно при резкой смене скорости или курса судна, на котором установлен прибор, или быстрой смене широты. Ввиду сравнительно большой массы гирокомпасы не используются в туризме. Их применение связано в основном с морской навигацией и ракетной техникой.

Следующий прибор навигации, о котором хотелось бы рассказать, - электромагнитный компас.

По сути это электрогенератор, в котором магнитное поле Земли играет роль статора, а рамка с обмоткой самого прибора - ротора. Движение в магнитном поле приводит к возникновению токов, по соотношению которых судят о правильности курса движения.

Электромагнитный компас нашел применение в авиации и морском деле. Его могут устанавливать в определенном положении на самолете или корабле для того, чтобы штурману было проще выдерживать определенный курс. Любое отклонение от курса приведет к отклонению в показаниях приборов, и человек сможет подкорректировать направление и вернуться на правильный курс.

Главное преимущество электромагнитного компаса перед магнитным - нечувствительность к находящимся вблизи намагниченным объектам, если только они неподвижны относительно электромагнитного компаса.

И еще одно средство навигации, о котором хотелось бы упомянуть, - спутниковый компас.

Этот прибор не может работать без источника энергии, но при этом очень точен и указывает именно на Северный полюс.

Спутниковый компас, как и гирокомпас, показывает истинный север. Он работает, получая сигналы от спутников, подобно современным навигаторам. Ввиду этого, такому компасу не страшны ни магнитные девиации, ни магнитные аномалии, ни даже изменение положения магнитного полюса.

Программу, использующую связь со спутником для ориентирования виртуального компаса, можно установить на современный смартфон или планшет, работающий без магнитного датчика.

Однако не стоит полагаться на спутниковый компас в местах, где отсутствует связь со спутниками. Так, например, он будет бесполезен для любителей спелеопрогулок.

Кроме того, не стоит забывать, что этот компас зависим от электропитания: нет заряда батареи - нет показаний прибора.

В целом, говоря о средствах навигации, стоит отметить современную тенденцию перехода от компасов к навигаторам. К сожалению, все больше и больше любителей активного отдыха на природе забывают навыки работы с простым и надежным магнитным компасом, полностью заменяя их быстрой, удобной и комфортной работой с современными навигационными устройствами.

Тем не менее, нужно понимать всю опасность такой ситуации, ведь поломка навигатора, разряженная батарея либо отсутствие связи со спутниками могут стать причиной чрезвычайной ситуации. С компасом такое маловероятно, да и починить или сделать его из подручных материалов куда проще.

Говоря о выборе компаса, я бы порекомендовал планшетный магнитный жидкостный компас. Как по мне, это лучший вариант: он достаточно прост в обращении, легок, не занимает много места и совершенно независим от источников электропитания, что делает его незаменимым устройством почти для любого путешественника. Кроме того, купить такой компас, как правило, не составляет большого труда, ведь бюджетные варианты по низкой стоимости на сегодняшний день в большом ассортименте представлены в специализированных магазинах, а качество их работы не сильно отличается от качества работы дорогих аналогов.

Полезное видео: правила работы с магнитным компасом