34.Магнитное поле земли. Магнитный компас

Магнитное поле земли

Земной шар является естественным магнитом. Его магнитные полюсы расположены вблизи географических полюсов: северный магнитный полюс находится в точке 70° северной широты и 95° западной долготы, а южный магнитный полюс 72,5⁰ южной широты и 154° восточной долготы.

Напряженность магнитного поля Земли характеризуется вектором Т, который является функцией координат и времени. Вектор напряженности Т обычно раскладывается на две составляющие—горизонтальную Н и вертикальную Z, (рис.2). Угол , составленный векторомТ и горизонтальной плоскостью, называется углом наклонения или просто наклонением. Горизонтальная и вертикальная составляющие вектора напряженности, выраженные через угол наклонения , имеют вид:H=Tcos; Z=Tsin

На магнитном экваторе угол наклонения равен нулю. При движении от магнитного экватора к магнитным полюсам угол наклонения возрастает и, например, в районе Москвы 65°. В районе магнитных полюсов угол наклонения приближается к 90°, а горизонтальная составляющаяH стремится к нулю.

Рис.2. Горизонтальная и вертикальная составляющие магнитного поля земли

Рис.3. Магнитное склонение

Если взять магнитную стрелку с точечной опорой в середине между полюсами, то она будет устанавливаться по направлению горизонтальной составляющей H по линии север—юг, при этом в северном полушарии вертикальная составляющая Z будет наклонять северный конец стрелки концом вниз. Очевидно, в южном полушарии вертикальная составляющая Z будет наклонять южный конец вниз. Для компенсации этих наклонов при полетах в северном полушарии южный конец стрелки делают более тяжелым. В южном полушарии следует утяжелять северный конец стрелки.

Горизонтальная составляющая вектора напряженности Н не совпадает с направлением географического меридиана. Направление составляющей Н называется магнитным меридианом данного места. Угол между магнитным и географическим меридианами называетсяуглом склонения или просто склонением. Склонение считается положительным, если магнитная стрелка отклоняется северным концом к востоку от географического меридиана (рис.3), и отрицательным, если стрелка отклонена к западу.

Магнитные компасы

Принцип действия магнитного компаса основан на свойстве магнитной стрелки устанавливаться по направлению магнитных силовых линий поля Земли. Магнитный компас измеряет магнитный курс (МК), т. е. угол между направлением горизонтальной составляющей магнитного поля Земли и проекций продольной оси летательного аппарата на горизонтальную плоскость.

Основными элементами магнитного компаса являются (рис.4): подвижная система (картушка), включающая магниты 3, поплавок 2, лимб 1 (шкалу) и шпильку 10; котелок 5 с жидкостью 6; колонка 7 с подпятником 9. Лимб картушки разградуирован на 360°. Вес картушки благодаря поплавку 2 ,уменьшен настолько, что давление шпильки 10 на подпятник 9 незначительно, что способствует уменьшению трения.

Рис.4. Схема магнитного компаса:

1—лимб картушки; 2—поплавок; 3— магниты; 4—стекло; 5—котелок;6— жидкость; 7—колонка; в—уводящая камера; 9— подпятник; 10—шпилька;11—курсовая черта.

К поплавку прикрепляется одна или несколько пар постоянных магнитов, направленных одноименными полюсами в одну сторону. Оси магнитов параллельны линии 0—180° лимба. Мембранная коробка в нижней части котелка служит для компенсации изменения объема жидкости при изменении температуры. В качестве жидкости используется лигроин.

Картушка компаса, будучи выведенной из состояния покоя, совершает колебания.

погрешность магнитного компаса, обусловленная влиянием посторонних магнитных полей.

Если даже отсутствуют все другие погрешности магнитного компаса, то наличие момента трения Мтр обусловливает застой компаса, величина которого

(3)

Для уменьшения застоя необходимо уменьшать трение шпильки о подпятник и увеличивать магнитный момент М постоянных магнитов. Уменьшение трения достигается увеличением плавучести картушки и выбором в качестве подпятника твердого камня (агат, рубин, сапфир и, др.). Величина момента трения Мтр зависит также от поведения подвижной системы компаса. При работе компаса на самолете корпус прибора подвергается колебаниям, которые передаются на подпятник. Колебания подпятника способствуют уменьшению момента трения Мтр, поэтому застой компаса на самолете значительно меньше, чем на неподвижном основании. Застой в современных компасах меньше 1°, поэтому при рассмотрении динамических характеристик компаса будем им пренебрегать.

В зависимости от величины относительного коэффициента затухания d движения картушки могут быть затухающими (при d<1) или апериодическими (при d>1). В целях получения минимального времени успокоения компаса обычно выбирают

d= 0,7  0,8. Выбор собственной частоты обусловливают требуемым временем успокоения, причем

(4)

Обычно время успокоения составляет 15—30 сек. Это время можно уменьшить путем увеличения магнитного момента М.

Важной характеристикой компаса является увлечение, под которым подразумевают угол , на который жидкость увлекает картушку при повороте компаса на 360°. Это явление наблюдается при развороте самолета. Величина увлечения в зависимости от скорости разворота составляет=535°.

Таким образом, можно отметить следующие четыре динамические характеристики магнитного компаса: относительный коэффициент затухания d, частоту собственных колебаний ( или время успокоения) увлечениеи застой.