–неортогональность измерительных осей магнетометров;

–погрешности учета влияния судового железа;

–погрешности коррекции магнитного склонения.

4.4.Фиброоптические гирокомпасы.

4.4.1. Виды ГК и предъявляемые к ним требования.

Основные виды ГК. Главными курсоуказателями на большинстве морских судов являются гирокомпасы. Они могут базироваться на разных видах гироскопов (гирометров).

Под гироскопом в общем случае понимается устройство, содержащее материальный объект, который совершает быстрые периодические движения, в результате которых устройство становится чувствительным к вращению в инерциальном пространстве.

На практике наибольшее распространение получили гироскопы с вращающейся массой (ротором), которые называют классическими. На протяжении многих лет только на их основе строились курсоуказатели,

получившие название традиционных или классических гирокомпасов.

С ходом времени классические гироскопы улучшались. Появились различные их подвиды: с воздушной подушкой, поплавковые, динамически настраиваемые, бесконтактные. Все они нашли применение при совершенствовании гироскопических систем.

К классическим курсоуказателям относятся: ГК типа «Курс», «Вега», «Гюйс», «Меридиан» (Россия), «Круиз» (Украина), «SKR-82»

фирмы Robertson (Норвегия), «SCB-1000» фирмы Brown (Великобритания) и ряд других. Традиционные гирокомпасы достаточно хорошо представлены в учебной литературе для судоводителей и ниже не освещаются.

Постоянно возрастающие требования к точности измерений угловых движений стимулировали ученых не только к дальнейшему совершенствованию классических гироскопов, но и к поиску принципиально новых гиродатчиков. Среди них можно назвать:

–Оптические гироскопы (лазерные и фиброоптические);

–Вибрационные гироскопы (камертонные, волновые твердотелые, кольцевые обычные и микромеханические);

–Другие виды гиродатчиков (ионные, ядерные и т.п.).

Впоследние годы на судах появились промышленные образцы

фиброоптических (волоконно-оптических) гирокомпасов.

Эксплуатационные стандарты морских гирокомпасов для обычных и высокоскоростных судов определены соответственно в

141

резолюциях Ассамблеи ИМО А.424(XI), 1979г. и А.821(19), 1995г.

Приведем ряд положений из этих документов.

Установленные на судах ГК должны нормально работать в следующих условиях:

при скоростях судна до 30/70 узлов (при характеристике стандартов ГК, если приведена дробь, то в числителе указаны значения из требований для обычных судов, а в знаменателе - для высокоскоростных);

при угловых скоростях поворота до 200/с;

в диапазоне широт между 700N и 700S.

Предписано снабжать ГК квалифицированным описанием погрешностей, возникающих от скорости судна, ускорений, изменений курса, состояния моря и т.д.

Считается, что находящийся в горизонтальном положении на стационарной основе гирокомпас установился, если любые три его

отсчета, взятые с интервалом времени 30 мин, находятся в пределах

0.70.

Установившееся направление ГК означает среднее значение из

10-ти отсчетов, взятых через 20-ти минутные интервалы после того, как гирокомпас установился.

Статической погрешностью ГК называется разность между установившимся направлением компаса и истинным курсом.

Динамическая погрешность ГК представляет собой отклонение показаний курса от установившегося направления компаса.

Встатических условиях в широтах, вплоть до 700:

–ГК должен приходить в меридиан в течение времени, не превышающего 6 часов;

–На любом курсе статическая погрешность ГК не должна превышать ±0.750secφ. Установившееся значение ГК в этом случае должно определяться как среднее значение из 10-ти отсчетов, взятых через 20-ти минутные интервалы. Среднее квадратическое значение разностей между

индивидуальными отсчетами и установившимся направлением должно быть меньше ±0.250secφ.

–Повторяемость значений статической погрешности ГК от одного пуска к другому должна быть в пределах ±0.250secφ.

Вдинамических условиях эксплуатации к ГК предъявляются следующие требования.

При пуске, выполняемом в соответствии с рекомендациями

производителя, ГК должен устанавливаться в пределах 6 часов в широтах вплоть до 700 при гармонической бортовой и килевой качке, характеризуемой периодом от 6 до 15 с, амплитудой - до 50, горизонтальным ускорением - до 0.22м/с2.

Повторяемость установившейся погрешности основного прибора ГК от пуска к пуску должна быть в пределах ±10secφ.

142

В пределах полосы 100 на разных широтах, вплоть до 700, качество показаний ГК в указанных ниже ситуациях должно быть следующим:

–На неизменном курсе при ходе со скоростью до 20/70 узлов после

коррекции скоростной погрешности остаточная установившаяся погрешность ГК не должна выходить за пределы ±0.250secφ.

–На постоянном курсе при быстром изменении скорости хода до 20/70 узлов погрешность ГК не должна превышать по модулю 20.

–На постоянной скорости хода (до 20/70 узлов) при изменении курса на 1800 с угловой скоростью до 200/с погрешность ГК должна находиться в пределах ±30.

–На любом курсе, особенно 450, 900, 3150, переходная и установившаяся

погрешность ГК, возникающая из-за регулярной килевой, бортовой качки и рыскания (характеризуемых периодом от 6 до 15 с, амплитудой - до 200, 100 и 50 соответственно, горизонтальным ускорением - до 1м/с2), не должна превышать по модулю 10.

Требуется, чтобы расхождение показаний основного прибора гирокомпаса и его репитеров при всех условиях эксплуатации не выходило за пределы ±0.50.

Ограничения классических ГК. Традиционные гирокомпасы имеют следующие недостатки. Они тяжелы и громоздки, потребляют много энергии, требуют постоянного и непрерывного электропитания, имеют высокую стоимость. После включения время прихода в готовность таких датчиков курса составляет несколько часов. На судне к установке классических ГК предъявляются довольно жесткие требования. Эти приборы чувствительны к ударам, к вибрации, к изменениям температуры, к качке и имеют ограничения по этим параметрам. Классические ГК обычно требуют обслуживания и выполнения профилактических мероприятий.

4.4.2.Общие сведения о фиброоптических ГК.

Внастоящее время на смену классическим ГК приходят более совершенные приборы, основанные на современных технологиях и исключающие использование кардановых подвесов (стабилизируемых

вплоскости горизонта платформ). Такие новые датчики курса имеют чувствительные элементы, жестко связанные с корпусом судна. Движущиеся части в них отсутствуют.

Бесплатформенные гирокомпасы и другие измерительные устройства, в которых нет движущихся частей, более надежны, потребляют мало энергии, требуют незначительного ухода или вообще не нуждаются в обслуживании. Технологии производства таких приборов получили в англоязычной литературе название «strapdown technologies».

Вряде современных образцов ГК применены оптические кольцевые лазерные гирометры (RLG - Ring Laser Giroscope),

143

называемые также фиброоптическими (волоконнооптическими) гиродатчиками - ФОГ (FOG - Fiber Optic Giroscope). Фиброоптические ГК уже установлены на нескольких морских судах.

Следует отметить, что система с тремя ФО-гирометрами, дополненная тремя акселерометрами может служить датчиком кинематического состояния судна, который измеряет: курс, крен, дифферент, продольное, поперечное и вертикальное перемещение корпуса.

Принцип определения курса. В фиброоптическом ГК нахождениеrкурса сводится к определению горизонтальной проекции

ΩN вектора Ω угловой скорости вращения Земли (рис. 4.13).

Модуль и направление вектора Ω рассчитывают по данным трех гирометров с взаимно ортогональными осями.

ΩN Ω	N Вращение Земли
N
	g
g
Экватор
	Экватор
S	S
Рис. 4.13 . Принцип определения	Рис. 4.14. Движение вектора силы тяжести в
направления на север.	инерциальном пространстве.

Положение горизонтальной плоскости (или вертикального направления, что одно и то же) может быть найдено разными способами: применением отвеса, с помощью электролитического уровня, путем определения вектора силы тяжести по данным двух акселерометров и т.д. Все эти датчики являются двухкоординатными.

Для расчетов вертикального направления может использоваться и трехкоординатный датчик – система из трех акселерометров с взаимно ортогональными осями.

Чтобы в фиброоптическом ГК рассчитать курс с погрешностью 0,50secφ, угловую скорость Земли необходимо измерить с высокой точностью - 0,10/час, а ускорение силы тяжести – с относительно низкой для современных акселерометров ошибкой 0,01g.

На судне реализация охарактеризованного принципа определения курса затрудняется следующими обстоятельствами. Здесь к вращению

144