Гирокомпас

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Гиросфера гирокомпаса типа Аншютц — Кемпфе в разрезе

Гироко́мпас (в морском профессиональном жаргоне — гирокомпа́с) — механический указатель направления истинного (географического) меридиана, предназначенный для определения курса объекта, а также азимута (пеленга) ориентируемого направления. Принцип действия гирокомпаса основан на использовании свойств гироскопа и суточного вращения Земли. Его идея была предложена французским учёным Фуко.

Гирокомпасы широко применяются в морской навигации и ракетной технике. Они имеют два важных преимущества перед магнитными компасами:

Принцип действия гирокомпаса[править | править исходный текст]

Гирокомпас — это по существу гироскоп, то есть вращающееся колесо (ротор), установленное в кардановом подвесе, который обеспечивает оси ротора свободную ориентацию в пространстве.

Предположим, ротор начал вращаться вокруг своей оси, направление которой отлично от земной оси. В силу закона сохранения момента импульса, ротор будет сохранять свою ориентацию в пространстве. Поскольку Земля вращается, неподвижный относительно Земли наблюдатель видит, что ось гироскопа делает оборот за 24 часа. Такой вращающийся гироскоп сам по себе не является навигационным средством. Для возникновения прецессии ротор удерживают в плоскости горизонта, например, с помощью груза, удерживающего ось ротора в горизонтальном положении по отношению к земной поверхности. В этом случае сила тяжести будет создавать крутящий момент, и ось ротора будет поворачиваться на истинный север. Поскольку груз удерживает ось ротора в горизонтальном положении по отношению к земной поверхности, ось никогда не может совпадать с осью вращения Земли (кроме как на экваторе).

История создания гирокомпаса[править | править исходный текст]

Гироскоп был запатентован в 1885 году датчанином Мариусом Герардусом ван ден Босом, но его гироскоп никогда должным образом не работал.[1] Француз Артур Кребс в 1889 году сконструировал маятниковый гирокомпас для экспериментов на подводной лодке «Gymnote». Это позволило Gymnote преодолеть морскую блокаду в 1890 году. В 1903 году немец Герман Аншютц-Кемпфе сконструировал работающий гирокомпас и получил патент на его изобретение. В 1908 году Аншютц-Кемпфе и американский изобретатель Элмер Сперри патентуют гироскоп в Германии и США. Когда Сперри попытался продать своё устройство германскому военно-морскому флоту, Аншютц-Кемпфе подал в суд иск за нарушение патентного законодательства. Сперри утверждал, что патент Аншютц-Кемпфе был недействителен, так как патентуемое устройство незначительно отличается от гироскопа ван ден Боса. Патентным экспертом по иску выступал знаменитый физик Альберт Эйнштейн. Сначала он согласился со Сперри, но затем изменил своё мнение, признав, что патент Аншютц-Кемпфе был действителен, а Сперри нарушил авторское право, использовав специфический способ затухания. Аншютц-Кемпфе выиграл процесс в 1915 году.

Практическая реализация гирокомпаса[править | править исходный текст]

Морской гирокомас обычно основывается на гиросфере. Гиросфера - полый металический шар, внутри которого имеются вращающиеся с высокой скоростью гироскопы. Привод вращения - электродвигатели. Сфера герметична, заполнена водородом для уменьшения потерь на трение, содержит небольшое количество смазывающего масла на дне. Для осуществления запитки электродвигателя сферы выполняются составными с токоизолируюшим бандажем между частями, питающее напряжение (обычно переменное высокой частоты) подается через токопроводящую жидкость, состоящую из воды, глицерина, спирта и борной кислоты, в которой плавает сфера.

Существует 2 способа предотвращения контакта сферы с дном или крышкой сосуда, в обоих случаях они основаны на применении жидкой ртути как жидкости с высокой удельной плотностью, нерастворимой в воде. В первом случае небольшой количество, около 50 мл, ртути выливается на дно сосуда, а сфера изготавливается с небольшой отрицательной плавучестью и тонет в спецжидкости до тех пор, пока не достигает слоя ртути, ниже которого уже не тонет из-за большого веса вытесняемой жидкости (ртути). Во втором варианте сфера имеет положительную плавучесть и коническое углубление наверху, в которое опять же наливается ртуть, и входит конический выступ крышки сосуда. На отечественных гирокомпасах применяется 1-й способ, жидкость подлежит замене не реже чем раз в полгода из_за ухудшения ее свойств

Ошибки измерения гирокомпаса[править | править исходный текст]

Гирокомпас может выдавать ошибки измерения. Например, резкое изменение курса, скорости или широты могут вызывать девиацию, и она будет существовать до тех пор, пока гироскоп не отработает такое изменение. На большинстве современных судов имеются системы спутниковой навигации (типа GPS) и/или другие навигационные средства, которые передают во встроенный компьютер гирокомпаса поправки.

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. http://i-r.ru/show_arhive.php?year=2005&month=5&id=719 Малоизвестные страницы известнейшего физика

Ссылки[править | править исходный текст]