Сервис
Техподдержка
ДокументыГирокомпас: устройство и принцип работы
Гирокомпас — главный курсоуказатель на мостике морского судна. Он показывает направление на истинный (географический) север, не зависит от магнитного поля Земли и железа корпуса, а его данные получают радар, ЭКНИС, АИС, авторулевой и другие системы. Разбираемся, как устроен гирокомпас, почему ему нужно время на запуск, откуда берутся погрешности и чем механические модели отличаются от волоконно-оптических.
Что такое гирокомпас
Гирокомпас — навигационный прибор, который определяет курс судна относительно истинного меридиана с помощью гироскопа. В отличие от магнитного компаса, ему не нужны поправки на склонение и девиацию: он ищет географический полюс, а не магнитный.
Первые работоспособные гирокомпасы появились в начале XX века — их создали Герман Аншютц-Кемпфе в Германии и Элмер Сперри в США. Названия Anschütz и Sperry до сих пор носят ведущие марки судовых гирокомпасов. Сегодня гирокомпас — это не просто волчок в корпусе, а система из чувствительного элемента, электроники управления, репитеров и интерфейсов для передачи курса на другие приборы мостика.
Принцип работы
В основе любого гирокомпаса лежат два свойства быстро вращающегося гироскопа:
Ротор, раскрученный до высоких оборотов, сохраняет направление своей оси в пространстве и сопротивляется попыткам его изменить.
Если к оси приложить внешнюю силу, она поворачивается не туда, куда её толкают, а перпендикулярно — под прямым углом к действию силы.
Одного свободного гироскопа для компаса мало. Его ось неподвижна относительно звёзд, а Земля под ним вращается со скоростью 15° в час. Поэтому для наблюдателя на судне ось постепенно «уходит»: на широте Санкт-Петербурга — примерно на 13° за час.
В гирокомпасе это превращают в преимущество. Чувствительный элемент делают маятниковым — центр тяжести смещают вниз или добавляют гидравлический маятник. Когда Земля поворачивается, сила тяжести пытается наклонить ось гироскопа, и из-за прецессии ось разворачивается в сторону меридиана. Специальная система затухания гасит колебания, и ось останавливается в плоскости истинного меридиана. Дальше гирокомпас удерживает это направление, а курс судна снимается как угол между осью гироскопа и диаметральной плоскостью судна.
Важно. Процесс выхода оси в меридиан называют приведением. У механических гирокомпасов он занимает от одного до нескольких часов: по стандарту ИМО (резолюция A.424(XI)) — не более 6 часов. Поэтому гирокомпас включают заранее, до выхода в рейс, и без необходимости не выключают на стоянке.
Устройство гирокомпаса
Состав конкретной системы зависит от модели и размера судна, но основные элементы у большинства гирокомпасов одинаковые.
Содержит чувствительный элемент. В механических моделях это гиросфера с роторами, плавающая в поддерживающей жидкости, в волоконно-оптических — блок оптических гироскопов.
Запуск и остановка, ввод широты и скорости, выбор режимов, отображение курса и сообщений о неисправностях.
Повторители курса: штурвальный — у поста рулевого, пеленгаторный — на крыльях мостика для взятия пеленгов, а также цифровые указатели в каютах и машинном отделении.
Передаёт курс на радар, ЭКНИС, АИС, авторулевой, эхолот и регистратор данных рейса по протоколам IEC 61162 (NMEA).
Преобразует судовое напряжение в нужное для гирокомпаса и при пропадании основного питания переключает систему на аварийный источник.
Предупреждает об отказе питания или расхождении показаний. Курсограф или электронный журнал записывает изменения курса.
На крупных судах часто ставят два гирокомпаса и переключатель курса. Если один прибор отказал, рулевой и навигационные системы автоматически или вручную переходят на второй.
Виды гирокомпасов
Механические
Классическая схема: внутри герметичной гиросферы вращаются один или два ротора, а сама сфера плавает в специальной жидкости внутри основного прибора. Такие гирокомпасы проверены десятилетиями, точны и широко распространены на торговом флоте. Их минусы — время приведения в меридиан, чувствительность к ударам и необходимость периодически менять гиросферу и поддерживающую жидкость. Примеры — Raytheon Anschütz Standard 22, Sperry Marine NAVIGAT X, Tokyo Keiki TG-8000, Yokogawa CMZ900, Simrad GC80/GC85.
Волоконно-оптические
Здесь нет вращающихся деталей. Угловую скорость измеряют по эффекту Саньяка: по катушке оптического волокна навстречу друг другу пускают два луча света, и при повороте прибора между ними возникает разность фаз. Три таких гироскопа и акселерометры вычисляют направление вращения Земли, а значит, и истинный север. Волоконно-оптические гирокомпасы быстрее готовы к работе, устойчивы к вибрации и ударам, не требуют регламентной замены узлов и часто выдают дополнительно крен, дифферент и скорость поворота. Их используют на скоростных, специальных и научных судах. Пример — Sperry Marine NAVIGAT 3000.
Чем гирокомпас отличается от других компасов
| Параметр | Механический гирокомпас | Волоконно-оптический гирокомпас | Магнитный компас | Спутниковый компас |
|---|---|---|---|---|
| Принцип | Гироскоп с маятниковым чувствительным элементом | Оптические гироскопы и акселерометры | Магнитная стрелка | Разность фаз сигналов ГНСС на двух антеннах |
| Показывает | Истинный курс | Истинный курс | Магнитный курс | Истинный курс |
| Готовность после включения | До 6 часов | Обычно быстрее механического | Сразу | Минуты |
| Зависимость | От судового питания | От судового питания | Не нужен ни ток, ни сигнал | От питания и спутникового сигнала |
| Влияние железа и электромагнитных помех | Нет | Нет | Сильное, нужна девиация | Нет, но мешают глушение и затенение антенн |
| Обслуживание | Замена гиросферы и жидкости по регламенту | Минимальное | Уничтожение девиации, проверка | Минимальное |
| Где применяется | Суда СОЛАС, торговый и рыбный флот | Скоростные, специальные, научные суда | Все суда как резервный прибор | Маломерные и промысловые суда, резерв курса |
Спутниковый компас гирокомпасом не является, хотя тоже показывает истинный курс. Подробнее о вариантах — в разделах спутниковых и электронных компасов.
Погрешности и поправка гирокомпаса
Гирокомпас точнее магнитного, но и у него есть ошибки, которые нужно учитывать.
Скоростная погрешность
Когда судно идёт с севера на юг или наоборот, его скорость складывается со скоростью вращения Земли. Чувствительный элемент «видит» это суммарное движение и отклоняется от меридиана. Скоростную девиацию приближённо считают по формуле:
δv = V · cos K / (5π · cos φ)
где V — скорость судна в узлах, K — курс, φ — широта, результат — в градусах. Например, на курсе 0° со скоростью 20 узлов на широте 60° погрешность составит около 2,5°. Чем выше широта и скорость, тем она больше. Современные гирокомпасы исправляют её автоматически по данным лага и приёмника ГНСС, в старых моделях широту и скорость вводят вручную или используют таблицы поправок.
Инерционная погрешность
Возникает при резких изменениях курса и скорости: разгоне, торможении, циркуляции. После манёвра погрешность постепенно затухает. Именно поэтому для скоростных судов выпускают специальные исполнения гирокомпасов — с пометкой HSC (High Speed Craft).
Погрешность от качки
Бортовая и килевая качка действует на маятниковый чувствительный элемент и может давать ошибку на межрумбовых курсах. В современных конструкциях её почти полностью устраняют — двухроторными гиросферами и демпфированием.
Поправка гирокомпаса
Остаточную ошибку называют поправкой гирокомпаса (ΔГК): это разница между истинным курсом и тем, что показывает прибор. Её определяют штурманы — по створам, пеленгам ориентиров с известными координатами, пеленгам небесных светил или сравнением с приёмником ГНСС-компаса — и учитывают при прокладке.
Совет. Сравнивайте показания гирокомпаса с магнитным компасом каждую вахту и после каждого значительного изменения курса. Внезапное расхождение — первый признак неисправности одного из приборов.
Плюсы и минусы
Показывает истинный курс без поправок на склонение и девиацию. Не реагирует на металл корпуса, грузы и электрооборудование. Высокая точность — доли градуса. Передаёт курс на все системы мостика. Работает независимо от спутниковых сигналов.
Нужно постоянное электропитание. Механическим моделям требуется время на приведение в меридиан. Есть скоростная и инерционная погрешности. В высоких широтах точность падает. Механические гиросферы требуют регламентного обслуживания.
Поэтому гирокомпас никогда не остаётся единственным курсоуказателем: на борту всегда есть магнитный компас, который работает без питания, а на многих судах — ещё и спутниковый.
Требования к установке
Для судов под конвенцией СОЛАС оснащение определяет правило 19 главы V в зависимости от валовой вместимости:
- суда вместимостью 300 и более — устройство передачи курса для радара, средств автоматической прокладки и АИС;
- суда вместимостью 500 и более — гирокомпас, репитер гирокомпаса на аварийном посту управления рулём и пеленгаторные репитеры для взятия пеленгов по горизонту;
- высокоскоростные суда — гирокомпас, отвечающий требованиям для HSC.
Технические характеристики гирокомпасов регламентируют резолюции ИМО A.424(XI) для обычных судов и A.821(19) для высокоскоростных, а также стандарт ISO 8728. Например, установившаяся погрешность на любом курсе не должна превышать ±0,75° × sec φ. В России приборы для судов, поднадзорных Российскому морскому регистру судоходства или Российскому классификационному обществу, должны иметь их одобрение. Порядок проверки оборудования описан в статье о классификационном освидетельствовании судов.
Как выбрать гирокомпас
- Район плавания. Для Арктики и высоких широт нужен прибор, который сохраняет точность на широтах выше 70°.
- Скорость и тип судна. Для быстроходных судов выбирайте модели в исполнении HSC.
- Тип чувствительного элемента. Механический — проверенное и более доступное решение, волоконно-оптический — быстрый запуск и минимум обслуживания.
- Одобрения. Для поднадзорных судов — свидетельство о типовом одобрении РС или РКО.
- Интерфейсы. Количество и тип выходов (IEC 61162-1/-2, аналоговые, шаговые) — сколько потребителей курса нужно подключить на мостике.
- Репитеры и резервирование. Нужны ли штурвальный и пеленгаторные репитеры, второй гирокомпас и переключатель курса.
- Сервис. Доступность запасных гиросфер, гарантийного и постгарантийного обслуживания.
Гирокомпасы в каталоге «Маринэк»
В разделе «Гирокомпасы» собраны механические и волоконно-оптические модели для торговых, рыболовных, скоростных и специальных судов, а также репитеры курса.
Гирокомпас PGM-C-010
Универсальный гирокомпас Пермской научно-производственной приборостроительной компании (ПНППК) для судов любого типа, в том числе для работы в высоких широтах.
- работа на широтах до 85°;
- скорость судна до 70 узлов, качка до 45°;
- автозапуск, приведение в меридиан и самодиагностика;
- одобрение РС.
Sperry Marine NAVIGAT X MK2
Механический гирокомпас для судов торгового флота. Одобрения РС и РКО.
Подробнее
Sperry Marine NAVIGAT 3000
Волоконно-оптический гирокомпас без движущихся частей. Подходит для скоростных судов, до 12 репитеров.
Подробнее
Simrad GC80 / GC85
Модульный гирокомпас: точность до 0,3°, приведение в меридиан до 3 часов, одобрение РС.
Подробнее
Raytheon Anschütz Standard 22
Один из самых распространённых механических гирокомпасов на торговом флоте. Также в каталоге — Tokyo Keiki TG-8000/TG-8500 и Yokogawa CMZ900.
ПодробнееДля маломерных и небольших промысловых судов, где гирокомпас не обязателен, точный истинный курс даёт российский спутниковый компас МИРАН СК-2. Он передаёт курс на радар, картплоттер, АИС и авторулевой и может служить резервным курсоуказателем на крупных судах.
Специалисты ГК «Маринэк» подберут гирокомпас под проект судна, выполнят монтаж, подключение к навигационному комплексу, пусконаладку и техническое обслуживание.
Расскажите о судне и районе плавания — инженеры подберут модель и комплект репитеров. Телефон: 8 (812) 309-39-15.
Частые вопросы
Чем гирокомпас отличается от магнитного компаса?
Гирокомпас показывает направление на географический (истинный) полюс и не зависит от магнитного поля Земли, металла корпуса и электрооборудования. Магнитный компас указывает на магнитный полюс, и его показания нужно исправлять на склонение и девиацию. Зато магнитный компас работает без электричества, поэтому остаётся обязательным резервным прибором.
Сколько времени гирокомпасу нужно на запуск?
Механическому гирокомпасу нужно время на приведение в меридиан — обычно от одного до нескольких часов. Стандарт ИМО допускает не более 6 часов. Волоконно-оптические модели готовы к работе быстрее. Поэтому гирокомпас включают заранее, до выхода в рейс.
Что такое поправка гирокомпаса?
Это разница между истинным курсом и показаниями гирокомпаса (ΔГК). Её определяют по створам, пеленгам ориентиров и небесных светил или сравнением со спутниковым компасом и учитывают при прокладке курса.
Почему гирокомпас ошибается на ходу?
Основная причина — скоростная погрешность: скорость судна при движении на север или юг складывается со скоростью вращения Земли. Она растёт с увеличением скорости и широты. Современные гирокомпасы исправляют её автоматически по данным лага и ГНСС.
На каких судах гирокомпас обязателен?
По правилу 19 главы V СОЛАС гирокомпас обязателен на судах валовой вместимостью 500 и более, а также на высокоскоростных судах. Для судов, поднадзорных РС и РКО, требования к оснащению определяют правила этих классификационных обществ.
Можно ли заменить гирокомпас спутниковым компасом?
На судах, где гирокомпас обязателен, — нет. Спутниковый компас можно использовать как устройство передачи курса и резервный курсоуказатель. На маломерных и небольших судах спутниковый компас часто становится основным источником истинного курса.
Работает ли гирокомпас в высоких широтах?
Работает, но у механических моделей точность падает с ростом широты, а у полюса чувствительный элемент перестаёт находить меридиан. Для Арктики выбирают модели, рассчитанные на высокие широты, например PGM-C-010 работает до 85°.
.png)
