ELEKTRONIČKA NAVIGACIJA - PowerPoint Presentation

Slide1

ELEKTRONIČKA NAVIGACIJA

UVOD U NAVIGACIJU

Slide2

Temeljni pojmovi

Elektronika je područje elektrotehnike

koja proučava i koristi sustave čiji se rad temelji na kontroli protoka elektrona i drugih nositelja električnog naboja. To su primjerice elektronički elementi kao: tranzistor, dioda, elektronska cijev i sl. Povezivanjem više elektronskih elemenata zajedno nastaju elektronički sklopovi

Elektrika je vezana uz električni naboj

na koji djeluje električno polje. Postoje dvije vrste naboja, pozitivni vezani uz atomsku jezgru i negativni vezani uz elektron

Slide3

Ionizacija

Ionizacija

je proces pretvaranja električkih neutralnih atoma ili molekula u električki nabijene čestice gubljenjem ili dobivanjem elektrona

To se najčešće događa sudaranjem s dovoljno brzim električki nabijenim česticama (ionima, elektronima, alfa – česticama)

Ionizaciju

uzrokuje elektromagnetsko zračenje dovoljno velike energije, UV, rendgensko, gama zračenje, kozmičko zračenje

Ionizacija može izazvati trenje između tvari, tako nastaje električki naboj oblaka

Slide4

Atmosfera

Sloj plinova koji okružuje zemlju

Sadrži oko

78% dušika i oko 21% kisika

, dok su količine ostalih plinova neznatne ili u tragovima.

Atmosfera apsorbira

ultra

ljubičasto Sunčevo zračenje i smanjuje temperaturne ekstreme između dana i noći

Atmosfera ne završava naglo nego postupno postaje rjeđa i postupno nestaje u svemiru

Kao granica atmosfere uzima se visina od

100 – 120 km iznad površine Zemlje

Slide5

Podjela atmosfere

TROPOSFERA – srednji pojas 10 – 12 km

STRATOSFERA – 10 - 50 km

MEZOSFERA – 50 – 85 (100)km

TERMOSFERA – 90 – 500 km

EGZOSFERA – 800 – 3000 km

Troposfera je najdonji i najgušći sloj atmosfere

u kojem se dešavaju sve vremenske pojave. U ovom sloju temperatura opada sa visinom. Sadrži puno vodene pare

Slide6

Stratosfera ( 10-50 km)

sadrži ozon, u nižim slojevima temperatura je stalna, a višim slojevima raste

Mezosfera

(50-85 km) -

sloj u kojem dolazi do pada temperature

Ionosfera

(70- 1200 km) -

sadrži ione (električki nabijene čestice)

Egzosfera (800 – 3000 km)

- prijelazno područje prema vakuumu

Geokorona

se nalazi iznad atmosfere na visini od

oko

100000 km

, pretežno se sastoji od iona vodika. Iznad egzosfere nalazi se

Magnetosfera

Heliosfera

je

praktički balon vruće magnetske plazme koji nastaje djelovanjem Sunčevog vjetra u Sunčevom sustavu. To nas štiti od štetnog svemirskog kozmičkog zračenja.

Heliopauza

je granica

Heliosfere

gdje se Sunčev vjetar zaustavlja djelovanjem

međuzvijezdane

tvari

Astenosfera

je područje Zemlje koje se proteže

između 100 i 200 km

odnosno

do 400 km ispod površine Zemlje,

to je

t

zv. „

meka zona

” u gornjem plaštu, a neposredno ispod

litosfere

Slide7

Poprečni presjek unutrašnjosti Zemlje

od

0 do 40 km – kora

, - od-

40 do 400 km

gornji plašt

od 400 do 650 km – prijelazna zona između

gornjeg i donjeg plašta

od 650 do 2700 km – donji plašt

od 2700 – 2890 km –

tzv

. “D” sloj

Od 2890 do 5150 km – vanjska jezgraod 5150 do 6371 km – unutarnja jezgra

Slide8

Mohorovičićev diskontinuitet, granica između Zemljine kore i plašta

Slide9

Poprečni presjek unutrašnjosti Zemlje

Slide10

Pregled atmosferskih slojeva po visini

Slide11

Elektronička navigacija

Pod pojmom

elektronička navigacija podrazumijevaju se sredstva i metode vođenja broda korištenjem elektro-magnetskih valova

To je najmlađi dio navigacije

Elektronička navigacija potvrdila je svoju neprocjenjivu vrijednost i u miru i u ratu, a daljnji razvoj je usmjeren ka povećanju točnosti i pouzdanosti, te povećanju stupnja automatizacije

Naziv elektronička navigacija je zamijenio raniji termin radio-navigacija pod kojim se podrazumijevalo korištenje elektromagnetskih valova za određivanje pozicije broda

Slide12

Podjela elektroničke navigacije

Elektronička navigacija kao dio navigacije može se podijeliti na sljedeće grane:

Radio-navigacija

Radarska navigacija

Hiperbolična navigacija

Inercijalna

navigacija

Satelitska navigacija

Podvodno-akustička navigacija

Ova podjela je izvršena prema vremenu pojave pojedine grane a ne prema vremenu otkrivanja principa rada. Ova je podjela uvjetna jer je moguće koristiti i druge kriterije za podjelu

Slide13

Sredstva i oprema

Za rješavanje zadataka navigacije koristi se velik broj elektronskih sredstava konstruiranih i izrađenih na različitim tehničkim i geometrijskim principima

Sva elektronička navigacijska sredstva, uređaji i sistemi mogu se podijeliti prema:

Geometrijskom principu određivanja navigacijskog parametra

Tehničkom principu mjerenja navigacijskog parametra

Dometu rada

Mjestu razmještaja elemenata sustava

Slide14

Podjela prema geometrijskom principu određivanja navigacijskog parametra

Azimutalni

(

kutomjerni

) kod kojih se mjeri azimut (kut) na izvor zračenja elektromagnetske energije (radio-goniometar, radio-far i dr.)

Daljinomjerni

(

distancijski

), kod kojih se mjeri udaljenost ili promjena udaljenosti od izvora zračenja do objekta (dubinomjer, radio-daljinomjer, laserski daljinomjer, radio-brzinomjer i dr.)

Hiperbolični

, kod kojih se mjeri razlika udaljenosti od dvije stanice na kopnu ili u svemiru (

Decca

, Loran, Omega, Transit i dr.)

Radijalno-brzinski

, kod kojih se mjeri brzina približavanja (ili udaljenost) izvora zračenja

osmatraču

Kombinirani

, koji omogućavaju mjerenje dvaju parametara (radar)

Slide15

Prema principu rada elektronička navigacija se dijeli na

:

Amplitudna (radio-goniometar)

Fazna (

Decca

, Omega)

Impulsna (

Loran

-A, radar, dubinomjer)

Frekventna (GPS)

Kombinirana (

Loran

C)

Slide16

Po dometu rada elektronička navigacijska sredstva se dijele na:

Globalna (prekriva čitavu površinu Zemlje)

Velikog dometa (300-2500 M)

Srednjeg dometa (100-300 M)

Malog dometa (do 100 M)

Slide17

Prema mjestu razmještaja elemenata sustava dijele se na:

Kopneni

Svemirski (predajnici na satelitima)

Podmorski (predajnici smješteni na dnu mora)

Slide18

Povijesni razvoj elektroničke navigacije

1921. – goniometrijska antena za otkrivanje položaja neprijatelja

1935. – konstruiran prvi radar

1937. – Amerikanci testirali prvi radar na brodu

1945. – radar se počinje koristiti u komercijalne svrhe

Nakon pedesetih godina razvijaju se autonomni sistemi

inercijalne

navigacije

1964. – razvijen satelitski sistem „

Transit

”

1988. – razvijen GPS „

Navstar”2010. – razvijen sustav GLONASS2016. – operativan sustav Galileo

Slide19

Žiroskop

-Žiroskop

- dinamičko simetrično tijelo proizvoljnog oblika koje rotira velikom brzinom oko osi simetrije i ovješen tako da os rotacije može slobodno mijenjati svoj pravac u prostoru

- Os rotacije zvrka naziva se

glavna os

, a druge dvije osi, koje leže u ekvatorskoj ravnini zvrka i međusobno su okomite, nazivaju se

ekvatorske osi

Žiroskop u kardanskom Žiroskop u kardanskom ovjesu

ovjesu sa tri stupnja sa 3 stupnja slobode : slobode :

zadržava pravac glavne

osi u prostoru

nepromijenjen :

Ako je težište žiroskopa u

presjecištu

triju osi, takav je žiroskop uravnotežen (sile mase i reakcija ovjesa su uravnotežene)

Inercija -

svojstvo žiroskopa

da os rotacije zadržava nepromijenjen pravac u prostoru

nezavisno od rotacije Zemlje oko svoje osi i da se opire bilo kojoj sili koja nastoji da promijeni pravac glavne osi

Kinetički moment zvrka:

I- moment inercije,

Ω

-kutna brzina rotacije zvrka

Slide20

Žiroskop – kardanski sustav

Slide21

Zvrk

Slide22

Žiroskop – tri stupnja slobode

Moment inercije

Kutna brzina rotacije

Precesija

-

svojstvo žiroskopa

da se glavna os zvrka ne kreće u pravcu djelovanja vanjske sile, već u pravcu koji je za 90° otklonjen od smjera rotacije zvrka.

Kutna brzina precesije (

ω

p) proporcionalna je veličini momenta vanjske sile

MF

, a obrnuto proporcionalna kinetičkom momentu

H Ω – kutna brzina rotacije zvrka

Precesija

prestaje u trenutku prestanka djelovanja vanjske sile

.

Slide23

Precesija

žiroskopa

Precesija žiroskopa

oko horizontalne osi

: Precesija žiroskopa

oko vertikalne osi

:

T – vanjska sila P – precesija žiroskopa T – vanjska sila P – precesija žiroskopa

Precesija

žiroskopa prestaje u trenutku prestanka djelovanja vanjske sile.

Slide24

Žiroskopski moment (R)

- Do precesije dolazi samo ako žiroskop stvara reakciju koja se izjednačava s vanjskom silom. Ta sila reakcije koja se protivi kretanju žiroskopa u pravcu djelovanja sile zove

se žiroskopska reakcija

, a moment te sile je

žiroskopski moment

( MF – moment vanjske sile , R – žiroskopski moment ,

Ω

– kutna brzina rotacije zvrka ,

ω

p – kutna brzina precesije).

-

Vektor žiroskopskog momenta R uvijek je usmjeren tako da nastoji sjediniti vektor kinetičkog momenta H s vektorom kutne brzine precesije

ω

p ili vektor kutne brzine s vektorom

ω

p

.

To znači da je

vektor R usmjeren u stranu s koje se vektor H okreće prema vektoru

ω

p po najkraćem putu u smjeru suprotnom od smjera kretanja kazaljke na satu,

odnosno pol žiroskopa se uvijek kreće najkraćim putem prema polu vanjske sile (pol sile je kraj vektora momenta vanjske sile oko koje vanjska sila nastoji okrenuti žiroskop suprotno od kretanja kazaljke na satu).

Slide25

Žiroskopski moment (R)

Žiroskopski moment omogućava određivanje :

-

pravca precesijskog kretanja

u odnosu na smjer rotacije žiroskopa i smjer djelovanja vanjske sile ,

-

smjera djelovanja vanjske sile

da bi precesija imala željeni smjer u odnosu na okretanje žiroskopa ,

-

smjera okretanja žiroskopa

u odnosu na smjer vanjske sile i željenu precesiju osi žiroskopa.

- Žiroskop može poslužiti

za održavanje pravca kretanja pod uvjetom da se stalno korigira kretanje glavne osi žiroskopa izazvano dnevnom rotacijom Zemlje . Korekcija je moguća djelovanjem momenta vanjske sile na horizontalnu i vertikalnu os kako bi glavna os žiroskopa precesirala oko vertikalne i horizontalne osi u suprotnu stranu od prividnog kretanja Zemlje. Ovakav žiroskop se naziva direkcijski žiroskop ili zvrk.

Slide26

Precesija

žiroskopa

Slide27

Precesija

žiroskopa s utegom

Slide28

Žiroskop – temeljni princip rada

Vektor kutne brzine rotacije Zemlje uvijek je usmjeren u pravcu zemaljskog Sjevernog pola

.

Za nekog motritelja

na Zemlji u točki A

kutna brzina rotacije Zemlje može se rastaviti na dvije komponente:

Kutna brzina rotacije Zemlje (

ω

o) :

Horizontalna komponenta (

ω

o1)

- pokazuje stalnu

rotaciju horizonta

i to tako da se istočna strana horizonta spušta a zapadna podiže. Najveća kutna brzina rotacije horizonta je

na ekvatoru

, dok na polovima nema nagiba horizonta

Vertikalna komponenta (

ω

o2) - pokazuje rotaciju ravnine meridijana

, i to tako da se

sjeverni

kraj meridijana

kreće ka

zapadu a južni ka istoku

(na južnoj hemisferi obrnuto).

Na ekvatoru

ravnina meridijana

ne rotira oko vertikalne osi. Na polovima je kutna brzina rotacije meridijana najveća

Na nekoj

geografskoj

širini (

ϕ

)

rotirati će i ravnina meridijana i ravnina horizonta , a kutna brzina te rotacije ovisi o

(

ϕ

) .

Slide29

Žiroskop – princip rada

Budući da os rotacije žiroskopa

ne mijenja svoj pravac u prostoru

ako na nju

ne djeluje vanjska sila

, to će os žiroskopa zbog rotacije Zemlje samo prividno mijenjati svoj pravac . To prividno kretanje može se prikazati u horizontskom sfernom koordinatnom sustavu :

Slide30

Žiroskop – princip rada

Ako je glavna os žiroskopa otklonjena od

pravca meridijana za kut

α

i od horizonta za kut

β

, ta dva kuta u astronomskoj navigaciji odgovaraju

azimutu (

ω

) i visini (v) nebeskog tijela (S)

prema kojem je usmjerena os žiroskopa. Zbog dnevne rotacije Zemlje oko rotacijske osi prividno se kreće nebesko tijelo (S) , što se

očituje promjenom visine i azimuta. Os žiroskopa ne mijenja položaj u prostoru , odnosnopol žiroskopa stalno je usmjeren u pravcu tog nebeskog tijela, ali će pokazivati prividno kretanje isto kao i nebesko tijelo , mijenjati će se vrijednosti kuta α

i

β

.

Vrijednosti kutova

α

i

β

mogu se izračunati pomoću formula sferne

trigonometrije za izračun azimuta i visine u astronomskoj navigaciji :

sinv

= sin

β

= sin

ϕ

sin

δ

+

cos

ϕ

cos

δ

coss

cos

ω

= cosα = (sinδ-sinϕsinv)/(

cosϕcosv) = (sinδ

-sin

ϕ

sin

β

)/(

cos

ϕ

cos

β

)

δ

– deklinacija nebeskog tijela , s – mjesni satni kut nebeskog tijela

Promjena kuta otklona osi žiroskopa od meridijana (

Δα

)

zbog rotacije Zemlje

može se izraziti jednadžbom za promjenu azimuta nebeskog tijela za jednu

minutu :

Δα

= 15’ (sin

ϕ

–

cos

ϕ

tg

β

cos

α

) =

Δω

Promjena kuta nagiba glavne osi žiroskopa od horizontalne ravnine (

Δβ

)

može se izraziti formulom za promjenu visine nebeskog tijela u jednoj minuti:

Δβ

= 15’ cosϕ sinα = ΔvPromjena kuta nagiba Δβ u jednoj minuti najveća je na ekvatoru i raste povećanjem kuta otklona glavne osi žiroskopa iz meridijana (α). Promjena kuta otklona Δα najveća je na polu.

Slide31

Žiroskop – princip rada

Glavna os žiroskopa na ekvatoru u meridijanu

(

α

= 0°) i

u horizontu

(

β

= 0°) , neće pokazivati prividno kretanje niti oko horizontalne osi niti oko vertikalne osi (

Δα

= 0°,

Δβ

= 0° , ωo1 = ωo , ωo2 = 0 ) :

Slide32

Žiroskop – princip rada

Na ekvatoru glavna os žiroskopa u horizontu (

β

= 0°) i u smjeru E-W (

α

= 90°)

, prividno će se okretati oko horizontalne osi (

Δβ

= 15’/min) , dok oko vertikalne osi nema kretanja (

Δλ

= 0° ,

ω

o1 = ωo , ωo2 = 0 ):

Slide33

Žiroskop – princip rada

Glavna os žiroskopa na polu u horizontu (

β

= 0°) i u proizvoljnom pravcu rotira samo oko vertikalne osi

(

Δα

= 15’/min) , promijeni početni pravac za 360° tijekom jednog zvjezdanog dana (

Δβ

= 0°,

ω

= 0 ,

ω

o2 = ωo ) :

Slide34

Žiroskop – princip rada

Na polu glavna os žiroskopa u vertikalnom položaju

(

β

= 90°) neće pokazivati nagib oko horizontalne osi , dok se promjene oko vertikalne osi ne primjećuju jer se ona poklapa s osi rotacije Zemlje (

Δβ

= 0°,

ω

o1 = 0 ,

ω

o2 =

ω

o ) :

Slide35

Žiroskop – princip rada

Na određenoj geografskoj širini (

ϕ

) glavna os žiroskopa u horizontu (

β

= 0°) i u početnom položaju E-W (

α

=90°)

mijenja svoj položaj i u odnosu na horizontalnu i vertikalnu os , odnosno pokazuje prividno kretanje kao i nebesko tijelo u koje je os žiroskopa bila usmjerena – nebesko tijelo je u tom trenutku bilo u točki izlaza – (

Δα

> 0°,

Δβ

> 0°, ωo1 > 0 , ωo2 > 0 )

Slide36

Žiroskop – princip rada

Na određenoj geografskoj širini (

ϕ

) glavna os žiroskopa u horizontu (

β

= 0°) i u meridijanu (

α

= 0

°) također pokazuje prividno kretanje oko obje ravnine (meridijana i horizonta) (

Δα

>0° ,

Δβ

>0° , ωo1 >0 , ωo2 >0 ). U tom slučaju na sjevernoj hemisferi os žiroskopa izbija prema E i podiže se u odnosu na ravninu horizonta , na južnoj hemisferi je obrnuto :

Slide37

Žiroskop – princip rada

Glavna os žiroskopa na određenoj geografskoj širini (

ϕ

) postavljena je paralelno sa osi rotacije Zemlje (

α

= 0°,

β

=

ϕ

) , odnosno nagib osi žiroskopa u odnosu na ravninu horizonta jednak je geografskoj širini (

β

=

ϕ) , os žiroskopa neće pokazivati prividno kretanje jer je Δβ=0° i Δα =0° , ω

o1 >o ,

ω

o2 > 0 .

Ovo je specijalan slučaj kada bi žiroskop mogao poslužiti kao kompas. Da bi žiroskop postao žiro-kompas mora postojati usmjeravajući moment koji će os žiroskopa održavati u pravcu žiro-

kompasnog

meridijana.

Slide38

Pretvaranje žiroskopa u žiro-kompas

Tri su osnovna načina pretvaranja žiroskop u žiro-kompas

. Sva tri načina

koriste rotaciju Zemlje oko rotacijske osi za stvaranje usmjeravajućeg momenta koji dovodi i zadržava glavnu os žiro-kompasa u ravnini žiro-

kompasnog

meridijana.

- Prvi način

stvaranja usmjeravajućeg momenta je

spuštanje težišta žiroskopa iz točke ovjesa po vertikalnoj osi za određenu veličinu OG = a. Čim se os x podigne za neki kut

β

, stvorit će se moment sile teže P : MP = P a sin

β

. Kad je početni kut α = 0° i kut β = 0° , os žiroskopa je u pravcu meridijana.

Slide39

Pretvaranje žiroskopa u žiro-kompas

- Drugi način

stvaranja usmjeravajućeg momenta postiže se

dodavanjem žiroskopu spojenih posuda s tekućinom (najčešće živa) postavljenih simetrično u odnosu na žiroskop u produžecima x osi.

U horizontalnom položaju

x osi

težište čitavog sustava (žiroskop i spojene posude) poklapa se s točkom ovjesa.

Pri zakretanju horizonta za kut

β

dio tekućine iz podignute posude se prelijeva u posudu na suprotnoj strani , čime se težište sustava premješta u točku

G , čime je stvoren moment sile teže P (MP) u odnosu na os y.

Kad je početni kut

α

= 0° i kut

β

= 0° , os žiroskopa je u pravcu meridijana.

Slide40

Pretvaranje žiroskopa u žiro-kompas

-

Treći način pretvaranja žiroskopa u žiro-kompas postiže se električnim korektorima

. Žiroskop sa tri stupnja slobode ima

električni indikator nagiba (1)

na

osi y

s

kojeg se pri nagibu horizonta uzima električni signal proporcionalan nagibu

β

-otklon od horizonta

. Nakon pojačanja taj signal se vodi na

davač momenta (2) koji izaziva precesiju oko vertikalne osi (3) , pa os rotacije žiroskopa dolazi u pravac meridijana (x). Kad je početni kut α = 0° i kut

β

= 0° , os žiroskopa je u pravcu žiro-

kompasnog

meridijana

(x)

.

Slide41

Postavljanje osi zvrka u meridijan

Slide42

Vrijeme stabilizacije zvrka

Slide43

Optički žiroskop –

Sagnacov

efekt

Slide44

Sagnacov

efekt - 1913. god.

Slide45

Prstenasti laserski žiroskop- RLG - Ring Laser

gyroscop

Slide46

Optički žiroskopi – FOG –

Fiber

Optics

Gyroscopes

SM

 (

S

ingle

 

M

ode) - Svjetlovod ima jezgru promjera puno manjeg nego što je plašt, radna valna duljina zrake svijetla usporediva s promjerom jezgre te nema rasprostiranja više zraka. Svjetlost se propagira s jednog kraja svjetlovoda na drugi samo putem jedne zrake koja se giba centralnom osi. 

Slide47

Žirokompas

s optičkim nitima

Slide48

Pogreške

žirokompasa

Devijacija

žirokompasa

je kut otklona glavne osi žiro-kompasa od meridijana pravog. Ona je pozitivna kada je glavna os žiro-kompasa (osjetilnog elementa) otklonjena od meridijana

prema istoku

, a negativna kada je glavna os

otklonjena prema zapadu

Devijacija žiro-kompasa

je rezultanta zbroja pogreške vožnje, pogreške geografske širine, balističke pogreške i svih ostalih pogrešaka

Pogreška vožnje nastaje zbog kretanja platforme odnosno broda na kojoj je instaliran žiro-kompas. Glavna os osjetilnog elementa žiro-kompasa postavlja se uvijek okomito na smjer djelovanja

rezultantne

vanjske sile. Da nema kretanja broda glavna os bi se postavila okomito, na smjer rotacije Zemlje, a zbog kretanja broda postavlja se okomito na rezultantu kretanja broda i rotacije Zemlje.

Veličina komponente Zemljine rotacije W-E oko osi u nekoj točki na površini Zemlje ovisi o ekvatorskoj linearnoj brzini rotacije i geografskoj širini.

Linearna brzina rotacije neke točke na zemaljskom ekvatoru iznosi W-E = 900

čv

, a na nekoj geografskoj širini iznosi : W-E = 900

cos

ϕ

.

Slide49

Pogreška vožnje (

δ

ž1)

Slide50

Pogreška vožnje (

δ

ž1)

Pogreška vožnje je

negativna

za kursove u

I

i

IV navigacijskom kvadrantu

, a

pozitivna

za kursove u

II i III navigacijskom kvadrantu.U kursu 90° ili 270° smjer kretanja broda je isti (ili se razlikuje za 180°) kao i smjer rotacije Zemlje oko osi, pa nema pogreške vožnje.Pogreška vožnje je najveća u kursu 0° i 180° , posebice u visokim geografskim širinama i pri vožnji velikom brzinom (25

čv

,…).

Pogreška vožnje se u žiro-kompasa ispravlja korektorom .

Slide51

Pogreška geografske širine (

δ

ž2)

Pogreška geografske širine (

δ

ž2)- nastaje zbog otklona sjevernog kraja

x osi zvrka

prema istoku i njenog nagiba iznad horizonta na sjevernoj hemisferi (na južnoj hemisferi obrnuto).

Ovu pogrešku uzrokuje stalna rotacija ravnine meridijana kutnom brzinom (

ω

o sin

ϕ

) i ravnine horizonta (ωo cosϕ) kao i tehnički parametri osjetilnog elementa.

Slide52

Pogreška geografske širine (

δ

ž2)

-

Na ekvatoru su

meridijani paralelni

i

x os zvrka

zadržava pravac meridijana nepromijenjenim

.

Prema zemaljskim polovima meridijani konvergiraju

, a zbog ustrajnosti

x os zvrka nastoji zadržati raniji pravac. - Rotiranjem Zemlje uzdiže se sjeverni kraj x osi zvrka iznad horizonta kutnom brzinom (ωo

cos

ϕ

sin

α

)-

α

-

kut otklona x osi od ravnine meridijana

. To stvara moment oko horizontalne osi koji proizvodi

precesiranje

osi osjetilnog elementa

žirokompasa

oko

vertikalne osi ( prema meridijanu

) istom

kutnom brzinom kojom x os izbija prema E

– istoku uslijed rotiranja ravnine meridijana (

ω

sin

ϕ

sin

ε

)-

ε

– kut otklona x osi od horizonta. - Tako su kutne brzine precesije x osi zvrka prema meridijanu i prema horizontu izjednačene :

ωo sinϕ sinε

= ω0

cos

ϕ

sin

α

.

Budući da su kutovi

ε

i

α

, mali

može se aproksimirati :

sin

ε

=

ε

sin1°

,

sin

α

=

α

sin1° , odnosno

ε

sin

ϕ

=

α

cos

ϕ

.

Kut

ε

određen je konstrukcijom osjetilnog elementa . Rješavajući izraz

ε

sinϕ = α

cos

ϕ

, za veličinu kuta

α

dobiva se :

α

=

ε

(sin

ϕ

/

cos

ϕ

) =

ε

tg

ϕ

.

Član

ε

u dobivenom izrazu naziva se

pogreška gušenja

i ovisi o izvedbi osjetilnog elementa žiro-kompasa. -- Promjenjivi član

tg

ϕ

predstavlja

pogrešku geografske širine

koja je

velika u blizini zemaljskih polova , a na polovima je beskonačna

(

tg

90°=beskonačno). Kod žiro-kompasa s jednim zvrkom uobičajeno je da se oba faktora u prethodnom izrazu nazivaju pogreškom geografske širine , pa je

δ

ž2 =

α

=

ε

tg

ϕ

- Pogreška geografske širine ispravlja se električnim korektorom – uvođenjem signala proporcionalno s

tg

ϕ

.

Slide53

Balistička pogreška (

δ

ž3)

-

Balistička pogreška (

δ

ž3)

–

javlja se pri naglim promjenama brzine i kursa broda kao posljedica ubrzanja

inercijalnih

sila koje se pri tome javljaju. Ubrzanja stvaraju

dodatne momente na osjetilni element žiro-kompasa ili na tekućinu prigušivača koji izazivaju otklon x osi žiro-kompasa iz meridijana

.

Slide54

Balistička pogreška (

δ

ž3)

Balistička pogreška

nastala

djelovanjem sile inercije na težište osjetilnog elementa

naziva se

balistička devijacija prvog reda (

δ

I)

, a djelovanje

sile inercije na tekućinu za prigušivanje stvara

balističku grešku drugog reda (δII). Prilikom promjene kursa ili brzine broda javlja se ubrzanje koje stvara zakretni moment uslijed čega dolazi do precesije x osi zvrka (balistička precesija

).

X-os zvrka otkloni se iz meridijana za kut

δ

.

Veličina tog kuta = balistička devijacija prvog reda (

δ

I)

može se odrediti pomoću sljedeće jednadžbe :

δ

I = (

δ

ž1 –

δ

ž1’) (

cos

ϕ

/

cos

ϕ

k – 1 )

,

δ

ž1

– pogreška vožnje za brzinu na početku manevra ,

δ

ž1’

– pogreška vožnje za brzinu na kraju manevra , ϕ

k

– geografska širina za koju je proračunat period neprigušenih oscilacija osjetilnog elementa (T).

Kao posljedica

balističke precesije nastaje balistička devijacija prvog reda (

δ

I).

Slide55

Balistička pogreška (

δ

ž3)

Balistička devijacija drugog reda (

δ

II)

– nastaje

djelovanjem sile inercije tekućine u prigušivaču.

Moment inercije izazvan viškom tekućine u jednoj posudi uzrokuje suprotnu precesiju izazvanu silom inercije koja djeluje na težište osjetilnog elementa- ova precesija smanjuje balističku precesiju prvog reda.

Prilikom manevra promjene kursa ili brzine broda , pretjecanje tekućine iz jedne u drugu posudu prigušivača je sporo ,

pa se najveća devijacija javlja nakon 10-15 minuta poslije manevra.

Balistička devijacija drugog reda može se izračunati po sljedećoj jednadžbi:

δ

II = - (

δ

ž1 –

δ

ž1’) k ,

k

– koeficijent koji ovisi o tehničkoj izvedbi osjetilnog elementa , a obično ima veličinu

0,5

.

Balistička pogreška (

δ

ž3) -

izračunava se na sljedeći način

:

δ

ž3 = (

δ

I) + (

δ

II).

Slide56

Kvadrantalna

devijacija (

δ

ž4)

-

Kvadrantalna

devijacija (

δ

ž4)

-

javlja se pri valjanju broda kada se težište osjetilnog elementa periodično pomiče od vertikale broda prema istoku i zapadu, uslijed čega se javlja određeni moment koji izaziva precesiju osi zvrka.

- Kvadrantalna devijacija ima maksimalnu vrijednost u kursovima NE, NW, SE i SW, a devijacije nema u kursovima N, E, S i W. Veličina ove devijacije zavisi od perioda oscilacija osjetilnog elementa , amplitude premještanja težišta osjetilnog elementa , perioda i kursa valjanja broda i od stabilizacije osjetilnog elementa oko sve tri osi.

- Smanjenje ove devijacije postiže se

povećanjem dinamičkog momenta inercije o sve tri osi kompasa (kompenzacijski utezi žiro-kompasa “

Sperry

” ) , primjenom dvaju zvrkova (žiro-kompas “Anschutz”), prigušivačima ljuljanja i posrtanja kod žiro-kompasa “

Sperry

” i montiranjem žiro-kompasa što bliže težištu broda.

- Ova vrsta pogreške je za praksu zanemarivo male veličine.

Slide57

Pogreška instalacije žiro-kompasa (

δ

ž5)

Pogreška instalacije žiro-kompasa (Koeficijent A°)

-

pojavljuje se onda

kada

pramčanica

kompasa ne leži u uzdužnici broda ili nije paralelna s uzdužnicom broda.

Ova se pogreška ispravlja zakretanjem stalka kompasa ili pramčanice. Određuje se kada je brod vezan u luci, kada treba sinkronizirati i sve ponavljače žiro-kompasa.

Ukupna pogreška žiro-kompasa (

δ

ž) jednaka je zbroju svih pojedinačnih pogrešaka : δž =

δ

ž1 +

δ

ž2 +

δ

ž3 +

δ

ž4 +

δ

ž5

Slide58

Žiro-kompasi “

Sperry

”

Žiro-kompas ima sljedeće elemente :

maticu , kompasne ponavljače i izvor električnog napajanja

.

Sastavni dijelovi žiro-kompasa

“

Sperry

MARK XVIII”

:

1

– matica u gornjem stalku (2) koji je pločom (3) odijeljen od donjeg stalka (

4

)

U stalku su motor-generator

(

5

)

na posebnim ležajevima

(

6

) ,

kontrolni panel

(

7

) ,

pojačalo i radio-

filter

(

8

) . Stalak

ima poklopac

(

9

) i

vratašca (10) za pristup svim dijelovima matice , osvjetljenje (

11) i otvore za ventilaciju (12).Matica žiro-kompasa “

Sperry Mark XVIII” sastoji se od :

-

osjetilnog ,

- balističkog ,

- pratećeg

- nosećeg elementa.

Slide59

Osjetilni element žiro-kompasa “

Sperry

Mark

XVIII”

Osjetilni element

ovješen je u

pratećem elementu sa 9 niti - (1) ,

tako da se može slobodno okretati oko vertikalne osi.

Žiroskop

je

rotor trofaznog asinhronog motora i rotira brzinom od 10000 o/min.

Nalazi se u kućištu u kojem se nalazi vakum zbog smanjenja trenja i zagrijavanja Na kućištu je ventil za isisavanje zraka , dvije uljne komore (2)za podmazivanje

ležajeva osi rotacije žiroskopa, uljni ventili

(3)

, pokazivač za kontrolu

razine ulja

(4) ,

sustav

(5)

za električno napajanje

(6) ,

libela za kontrolu

horizontalnog položaja

(7) ,

prozorčić za kontrolu smjera okretanja zvrka i

ležaj

(8)

za spoj balističkog elementa koji je za kut

ε

= 1,3° otklonjen od

vertikalne osi prema E.

Kućište leži unutar vertikalnog prstena

(9)

osjetilnog

elementa na ležajevima

(10)

, tako da se može slobodno okretati oko

horizontalne E-W osi. Vertikalni prsten ima na zapadnoj strani kotvu (11)

– (pločicu od magnetnog materijala) pratećeg transformatora na nosaču (12) , kompenzacijske utege

(13)

na nosaču

(14) u x osi zvrka

(za izjednačavanje momenta inercije oko

N-S osi

radi smanjenja kvadrantalne

devijacije ,uteg

(15)

za balansiranje,kočnicu kućišta

(16)

i dva vodeća osnaca

(17,18)

- (dio osovine koji se oslanja na ležajeve) koji onemogućavaju

horizontalni pomak vertikalnog prstena. U gornjem vodećem osnacu

(18)

ujedno završavaju noseće niti

(1). Osjetilni element je u biti žiroskop sa tri

stupnja slobode čiju precesiju oko horizontalne i vertikalne osi stvara

moment balističkog elementa.

Slide60

Balistički element žiro-kompasa “

Sperry

Mark

XVIII”

Balistički element

( prigušivač oscilacija, upravljački element) sastoji se od

nosača u obliku košare s dvije posude ispunjene živom

(170

gr

. žive).

Obje posude sa živom su na istočnoj strani u odnosu na

x os zvrka , jedna (1) u pravcu N , a druga (2) u pravcu S.

Posude su s donje strane

spojene cjevčicom

(3)

,a s gornje strane cjevčicom

(4)

većeg promjera

za cirkulaciju zraka. Utezi

(5)

služe za izjednačavanje težine oko

horizontalne osi. Nosač sa svojim osnacima

(6) –

(dio osovine koji se

oslanja na ležajeve) , leži u ležajevima vertikalnog prstena pratećeg

elementa. Na nosaču su i dva otvora

(7) za balansiranje balističkog

elementa.

Balistički element

je spojem nosača

(8)

vezan za ekscentrični ležaj

na osjetilnom elementu.

Prelijevanje žive iz jedne u drugu posudu

stvara usmjeravajući

moment koji stvara precesiju osjetilnog elementa.

Slide61

Prateći element žiro-kompasa “

Sperry

Mark

XVIII”

Prateći element ima zadatak da nosi i prati bez trenja osjetilni

element

. Prateći element sastoji se od : vertikalnog prstena

(1) ,

tuljka s kliznim prstenovima

(2)

preko kojih se napaja osjetilni

element , azimut-ploče (3) sa kosinus žlijebom (4) , azimut-motora i ruže kompasa (5). Prateći element leži u nosećem elementu na

odrivnom ležaju

(6)

i nosi osjetilni element čije noseće niti prolaze kroz

tuljak

(2)

i završavaju iznad ruže kompasa

(7)

, gdje se može podesiti

visina osjetilnog elementa unutar pratećeg prstena. Vodeći osnaci

(dio osovine koji se oslanja o ležajeve)

osjetilnog elementa leže u ležajevima

(8 i 9).

Utezima za

balansiranje

(10 i 11)

izjednačavaju se težine vertikalnog prstena.

Kada kompas ne radi ili kada se tek upućuje u rad , vertikalni prsteni

osjetilnog i pratećeg elementa su spojeni kočnicom

(12).

Namotaji pratećeg transformatora

(13)

su nasuprot kotve –

(pločica od magnetnog materijala) transformatora na prstenu

osjetilnog elementa. Viljuška

(14)

mehanički zahvaća vertikalni prsten

osjetilnog elementa , ako je prateći sustav u kvaru. Prsten pratećeg elementa nosi u ležajevima

(15) balistički element

.

Slide62

Noseći element žiro-kompasa “

Sperry

Mark

XVIII”

Noseći element

leži u kardanskom sustavu u gornjem dijelu stalka

žiro-kompasa i sadrži :- maticu

(1)

, prsten pramčanice , azimut-motor ,

korektore pogreške vožnje i geografske širine i ostale pomoćne

dijelove sustava. Preko kliznih kontakata na nosećem i kliznih prstenova

na pratećem elementu električki se napaja osjetilni element i prateći prsten. Poslije približno 5 minuta nakon uključenja žiro-kompasa zvrk ima potreban broj okretaja i stvara moment količine kretanja zvrka (H) :

H = I

Ω

,

I – moment inercije zvrka ,

Ω

- kutna brzina zvrka ,

te glavna os zvrka počinje precesirati oko vertikalne i horizontalne osi.

Poslije određenog broja oscilacija –što ovisi o početnom otklonu

x osi

od meridijana , x os osjetilnog elementa usmjerena je u pravcu

žiroskopskog meridijana.

Svaki pomak

x osi

osjetilnog elementa pri

precesiranju

oko vertikalne osi prati

prateći sustav i pravac

žiroskopskog meridijana se može vidjeti na ruži žiro-kompasa.

Proces praćenja je

kontinuiran tijekom smirivanja x osi u pravcu

meridijana i tijekom plovljenja ,

kada se na ruži kompasa može očitati

i najmanja promjena kursa broda

.

Slide63

Funkcioniranje pratećeg sustava “

Sperry

Mark

XVIII”

Kotva (pločica od magnetnog materijala) pratećeg transformatora (

na vertikalnom prstenu osjetilnog elementa

) nalazi se uvijek točno iznad srednjeg –

primarnog – namotaja pratećeg transformatora (1)

–

na vertikalnom prstenu pratećeg elementa

. Primarni namotaj je naponski povezan s jednim namotajem azimut-motora . U srednjem položaju kotve se u dva sekundarna namotaja pratećeg transformatora induciraju naponski signali ( jednaki po veličini ali suprotni po

fazi- pa je izlazni napon jednak nuli – oba dva sekundarna namotaja (sekundara) spojena su na isti izlaz.

Slide64

Funkcioniranje pratećeg sustava “

Sperry

Mark

XVIII”

Kada se kotva(

1

) zbog

precesije osjetilnog elementa pomakne u jednu stranu

, indukcija će biti veća u onom

sekundarnom namotaju (sekundaru) koji je pokriven kotvom – jer je tu manji otpor za magnetske silnice

. Veličina tog induciranog napona ovisit će o veličini pomaka kotve , a polaritet – faza ovisi o strani otklona kotve. Naponski signal sa izlaza sekundara se vodi preko

višestupanjskog pojačala (2) na drugi namotaj azimut-motora . Azimut-motor (3) je dvofazni – montiran na nosećem elementu , a njegova osovina je zupčanikom vezana za azimut-ploču. Ovisno o fazi pojačanog signala sa sekundarnog namotaja pratećeg transformatora , rotor azimut-motora će preko azimut-ploče zakrenuti vertikalni prsten pratećeg elementa , a time će i kotvu pratećeg transformatora dovesti u srednji položaj u odnosu na sekundarne namotaje (

na njihovom izlazu će ponovno inducirani napon biti jednak nuli

). Promjenjiva faza azimut-motora je tada ponovno bez napona.

Ovisno o fazi induciranog napona , azimut-motor zakreće azimut-ploču na jednu ili na drugu stranu. Ovaj proces odvija se kontinuirano za vrijeme

precesiranja

osjetilnog elementa : napon promjenjive faze izaziva zakretanje azimut-motora na jednu ili na drugu stranu i za najmanji pomak kotve

pretećeg

transformatora. Svaki zakret azimut-motora opaža se i na ruži žiro-kompasa , koja se zakreće zajedno s azimut-pločom.

Slide65

Funkcioniranje pratećeg sustava “

Sperry

Mark

XVIII”

Kada je osjetilni element u meridijanu i brod vozi nepromijenjenim kursom , kotva pratećeg transformatora je u neutralnom položaju , pa azimut-motor i ruža žiro-kompasa miruju.

Ako brod mijenja kurs primjerice u desnu stranu , u istom smjeru se zakrenuo i stalak matice , a time i vertikalni prsten pratećeg elementa sa namotajima transformatora

.

Jedino osjetilni element zadržava svoj pravac meridijana

.

Zakretom namotaja transformatora kotva je zatvorila magnetski tok na jednom namotaju sekundara. Naponski signal zakreta pokreće azimut-motor , koji će za isti kut zakrenuti prateći prsten u suprotnu (lijevu) stranu , odnosno ruža žiro-kompasa će pokazati veći kurs. Okretanje azimut-motora prestaje čim kotva transformatora ponovno dođe u neutralni položaj

.

Slide66

Opće napomene o žiro-kompasima “

Sperry

”

-Kardanski sustav

drži maticu kompasa u horizontalnom položaju prilikom

valjanja broda do 60° i posrtanja broda do 20°.

Sastoji se od :

Prsten kućišta

s oprugama ublažava vibracije i štiti kompas od udaraca.

Stabilizacijski prsten

sprečava nagnuće prstena kućišta po azimutu.

Kardanski prsten

drži noseći element i ostale dijelove matice i ima dva prigušivača : Hidraulični prigušivač posrtanja ublažava osciliranje matice oko poprečne osi broda, Elektromagnetski prigušivač – montiran na prstenu kućišta - ublažava osciliranje matice oko uzdužne osi broda. Ostali dijelovi su: regulator napona , automatska preklopna ploča – uključuje automatsko rezervno napajanje u slučaju kvara na brodskoj osnovnoj mreži , alarmni sustav – signalizira nestanak brodskog napona i priključne ploče za ponavljač žiro-kompasa.

-

Kursograf

- kompasni ponavljač s mogućnošću grafičke registracije kursova i njihovim promjena u realnom vremenu (neki imaju i mogućnost prikaza kuta otklona kormila).

-

Žiro-kompas

se uključuje

4 – 5 sati prije isplovljenja broda

.

Postupak uključivanja

:

nakon uključivanja osnovnog napajanja, uključi se motor-generator čime zvrk dobiva napajanje. Nakon približno 4 -5 minuta kada zvrk dobije nominalan broj okretaja , otkoči se matica i vertikalni prsten osjetilnog elementa i uključi prateći sustav. Nakon najviše 3 sata oscilacije glavne osi osjetilnog elementa prestaju i glavna os je u žiroskopskom meridijanu

.

Ponavljači žiro-kompasa koji se nalaze na krilima mosta uključuju se prije isplovljenja broda ,a nakon sinkronizacije s matičnim žiro-kompasom. Postupak isključivanja žiro-kompasa je obrnut.

Slide67

Žiro-kompasi “Anschutz”

To su tipični predstavnici

žiro-kompasa s dva zvrka

. Komplet ovog tipa žiro-kompasa sadrži :

maticu , kompasne ponavljače i izvor napajanja.

- Matica

se sastoji od

osjetilnog i pratećeg elementa

koji su zajedno uronjeni u

kotao s tekućinom

.

-

Kotao je u valjkastom stalku u kojem se nalazi još i pojačalo pratećeg sustava , kontrolna ploča i pomoćni dijelovi.-Osjetilni element oblika kugle - (lebdeća kugla) – nosi dva žiroskopa , uljni prigušivač oscilacija - (Framov tank) i zavojnicu za centriranje. Slika prikazuje

osjetilni element

žiroskopa s dva zvrka :

Slide68

Osjetilni element žiro-kompasa “Anschutz”

- Osjetilni element oblika kugle (lebdeća kugla) ima dva žiroskopa, uljni prigušivač oscilacija i zavojnicu za centriranje.

- Zvrkovi

su trofazni asinkroni motori s rešetkastom kotvom ( 3 x 110V , 333 Hz) i rotiraju brzinom od

20000 o/min

. Zvrkovi su međusobno spojeni

antiparalelogramom tako da mogu precesirati oko vertikalne osi samo u suprotnom smjeru, dok njihova precesija u istom smjeru izaziva precesiju čitave kugle oko vertikalne osi. Simetrala kuta između osi rotacije zvrkova usmjerava se u žiroskopski meridijan (x).

Slide69

Osjetilni element žiro-kompasa “Anschutz”

Posuda u obliku kuglinog prstena

simetrično je podijeljena na

8 komora s uljem što

služi

za prigušivanje oscilacija.

Prsten

je postavljen iznad zvrkova , a

komore

su međusobno

spojene tankim cjevčicama za cirkulaciju ulja između njih. U

donjem dijelu

lebdeće kugle je prstenasta zavojnica koja stvara izmjenično magnetsko polje. To magnetsko polje inducira u pratećoj kugli struju čije magnetsko polje stvara odbojnu silu između prateće i

lebdeće kugle. Odbojna sila poništava dio težine lebdeće kugle i stalno održava njen simetričan položaj unutar prateće kugle

.

Vodik u tekućem stanju unutar lebdeće kugle smanjuje trenje , predaje toplinu preko plašta kugle na tekućinu i sprečava starenje ulja za podmazivanje osi rotacije zvrkova

.

Slide70

Prateća i lebdeća kugla žiro-kompasa “Anschutz”

Plašt lebdeće kugle

izrađen je od mesinga i s vanjske strane je obložen bakelitom , osim na mjestima za dovod električnog napajanja – ona su presvučena su s grafitom. Ta mjesta su :

gornja (1’) i donja (2’) kalota, široki ekvatorski prsten (3’) koji se proteže 180° i dva uska ekvatorska prstena (3’’) koja se protežu manje od 180°. Kalote i ekvatorski prsteni su električno vodljivi

i preko njih se ostvaruje el. napajanje

zvrkova (4)

,

prstenaste zavojnice(5) i formira se električni most za praćenje zakreta lebdeće kugle oko vertikalne osi.

Uzduž ekvatorskog kruga nalazi se skala u stupnjevima za

direktno očitavanje kursa broda s lebdeće kugle.

P.P. – napajanje - lebdeća kugla

P.S. – napajanje - prateći sustav

5 i 5’ – prstenaste zavojnice

R1 i R2 - otpornici

Slide71

Prateća i lebdeća kugla žiro-kompasa “Anschutz”

Prateća kugla

služi za

praćenje

zakreta

lebdeće kugle.

Lebdeća kugla

lebdi u tekućini unutar

prateće kugle.

Tekućina u kojoj lebdi lebdeća kugla je mješavina

destilirane

vode, glicerina i benzolove kiseline , a stvara uzgon lebdećoj

kugli (glicerin) i provodi el. struju (benzolova kiselina) s odgovarajućih kalota (1,2) i ekvatorskih prstena (3) na lebdeću kuglu. Prateća kugla se sastoji od

dvije polukugle i prstena sa

staklenim segmentima.

Ove dijelove spajaju tzv.

paukove noge

koje dovode el. napajanje na

prateću kuglu.

Paukove noge

mehanički drže prateću kuglu , a vezane su za

tuljak s kliznim

prstenovima.

Četiri

paukove noge dovode tri faze 110V -333Hz

dvije

paukove noge

međusobno su razmaknute za 180°

završavaju

sa dva kontakta W1 i W2

nasuprot krajeva

širokog

ekvatorskog prstena (3’)

lebdeće kugle i dio su

pratećeg sustava

(P.S.) ,

a sedma paukova noga kod nekih kompasa služi za brzo

prigušivanje oscilacija lebdeće kugle (P.P.). Za smanjenje međufaznih struja čiji se tok zatvara kroz tekućinu , u odnosu na

električne struje koje prolaze kroz tanak sloj tekućine i koje

napajaju potrošače u lebdećoj kugli , koristi se veliki omski otpor

P.P. – napajanje lebdeća kugla

tekućine koja sadrži vodu, glicerin i benzolovu kiselinu.

Prateća kugla P.S.- “ prateći sustav

leži na dva ležaja na poklopcu kotla i može se okretati oko vertikalne 5 i 5’ – prstenaste zavojnice

osi.

Sustav praćenja realizira se pomoću tzv.

Weatshtonova mosta. R1 , R2 - otpornici

Slide72

Prateća i lebdeća kugla žiro-kompasa “Anschutz- Weatshtonov most

Weatshtonov most

čine stalni omski otpori dvije polovice

prstenaste zavojnice (5 i 5’)i dva promjenjiva otpora ( R1 i R2) . Promjenjivi otpori R1 i R2 su omski otpori tekućina između kontakata W1 i W2 ( na pratećoj kugli) i krajeva širokog ekvatorskog prstena na

lebdećoj kugli. Weatshtonov most

je u ravnoteži kada su kontakti

W1 i W2 simetrično

postavljeni u odnosu na krajeve ekvatorskog prstena, jer su otpori tekućine R1 i R2

jednaki omskim otporima prstenaste zavojnice (5 i 5’).

Kod promjene kursa

broda

lebdeća kugla

zadržava svoj položaj, a s brodom se zakrene prateća kugla.

U tom slučaju jedan od otpora

(R1 ili R2) ostaje isti

( ne mijenja se razmak između

W1 ili W2 i ekvatorskog prstena

) , ali se drugi poveća zbog većeg razmaka između

kontakata (

W2 ili W1

) i ekvatorskog prstena.

Nejednaki otpori R1 i R2

izvode

električni most iz ravnoteže i na izlazu mosta poteče struja koja se na

kon

pojačanja dovodi na zakretnu

fazu

azimut-motora (1). Azimut-motor

je dvofazni :

jedan namotaj (2)

je

stalno pod naponom

(110V -333Hz) , a

drugi (1)

je

spojen na

izlaz električnog mosta. Sve dok traje neravnoteža mosta azimut-motor preko

mehanizma trenja zakreće prateću kuglu

i dovodi je u položaj gdje su kontakti

W1 i W2 točno nasuprot krajeva ekvatorskog prstena.

U tom

položaju nastaje ravnoteža

električnog mosta i na njegovu izlazu ne teče el. struja

.

Smjer okretanja azimut-motora

ovisi o strani električnog mosta na kojoj je nastala promjena otpora.

Azimut-motor ujedno zakreće i skalu ruže žiro-kompasa

,kao i rotor

sinkrodavača

kursa (3)

koji

podatak o promjeni kursa broda sinkrono prenosi

na

ponavljač žiro-kompasa (4).

Weatshtonov

most

: 5,

5

’- prstenaste zavojnice ; R1,R2 – otpornici :

Slide73

Shematski prikaz matice žiro-kompasa “Anschutz”

Lebdeća (7) i prateća kugla (5) ,

nalaze se u

kotlu

s tekućinom (3)

a kotao je s gornje strane zatvoren s poklopcem. Prateća kugla ima

dva otvora koji omogućavaju cirkulaciju tekućine iz kotla u kuglu i

obratno

. Paukove noge završavaju u

tuljku s kliznim prstenovima koji

je mehanički spojen s žiro-kompasnom ružom (1). Ruža ima dvije skale:

jedna s podjelom od

0°-360°

i drugom podjelom od

0°-10°

za fino

očitavanje stupnjeva i desetih dijelova stupnjeva. Na poklopcu kotla su

azimut-motor (2) i sinkro-davač kursa s prenosima, živin termometar ,

termostat s 3 mikro-prekidača , otvor za dolijevanje tekućine, sijalice

za rasvjetu s potenciometrom , stezaljke kablova za napajanje

i ostali pomoćni dijelovi.

Ispod stalka je

ekscentrični uteg (9) kojim se

kotao postavlja u horizontalan položaj u

kardanskom sustavu (4).

Slide74

Shematski prikaz matice žiro-kompasa “Anschutz”

- Visina lebdeće kugle

unutar prateće

kugle određena je

težinom , gustoćom tekućine i jačinom magnetskog polja

prstenaste zavojnice

. Pri tome se

promjenom temperature

mijenja samo gustoća tekućine

.

Radna temperatura

tekućine je

52°C (+/- 3°C) . Temperatura se kontrolira termometrom ,a održava termostatom. U početku rada

tekućina se zagrijava s

3 grijača (6) ,

a kad temperatura dostigne

49°C

,

prvi mikroprekidač termostata isključuje grijanje

. Kad

temperatura dostigne

52°C

,

drugi mikroprekidač uključuje

hlađenje ventilatorom (10).

Ako temperatura i dalje raste

treći mikroprekidač uključuje alarm pri temperaturi

od

55°C.

Ako se temperatura tekućine ne može nikako smanjiti

pri

60°C

treba

isključiti kompas, pronaći i otkloniti k

var.

Slide75

Shematski prikaz matice žiro-kompasa “Anschutz”

U stalku kompasa nalaze

pojačalo (8) i kontrolna

ploča (11). Pojačalo

pojačava signal praćenja uz mogućnost

regulacije stupnja pojačanja.

Preko ugrađenog mikro-releja

promjenjiva faza azimut-motora se može direkt

no

napajati iz električnog mosta za slučaj kvara pojačala.

Tada će praćenje imati pogrešku do (+/- 3°) , a sa pojačalom

ta

pogreška je do (+/- 0,1°). Kontrolna ploča sadrži prekidač

za uključivanje sustava praćenja , tinjalicu za kontrolu

potrošnje struje za napajanje zvrkova i osigurače. Postolje stalka

kompasa se učvršćuje za palubu s mogućnošću zakreta oko

vertikalne osi radi ispravljanja stalne pogreške instalacije kompasa

(koeficijent A°). Sa strane stalka nalaze se tri otvora za pristup

pojačalu , kontrolnoj ploči i vizualnom motrenju visine lebdeće

kugle unutar prateće kugle. Na kompas “Anschutz” može se

priključiti

i do 12 ponavljača, a svaki ponavljač ima mogućnost

sinkronizacije s matičnim kompasom i potenciometar za

regulaciju osvjetljenja.

Slide76

Anschutzova

kugla i kompas

Slide77

Žiro-magnetski kompasi

-

Nedostatak

većeg dijela žiro-kompasa je dugo vrijeme potrebno za smirivanje glavne osi zvrka u meridijanu (precesija glavne osi zvrka po elipsoidnoj krivulji oko ravnotežnog položaja)

-

Magnetski kompas

je uvijek spreman za rad , međutim pri plovljenju u lošim hidro-meteorološkim uvjetima , pri jakom valjanju i posrtanju broda ruža magnetskog kompasa postaje jeko nemirna i oscilira .

- Otklanjanje nedostataka žiro-kompasa i magnetskog kompasa postiže se objedinjavanjem njihovih prednosti.

Tako se dobiva žiro-magnetski kompas:

- Žiro-magnetski kompas

koristi magnetski dio za pokazivanje meridijana , a žiroskop služi za stabilizaciju pokazivanja kursa broda. Magnetski kompas daje žiroskopu precesijski moment i usmjerava njegovu os u meridijan. Uzevši u obzir sve potrebne ispravke (korekcije) , žiroskop se postavlja u žiroskopski (pravi)meridijan , stabilizira pokazivanje kursa i prenosi podatke na ponavljače kompasa. Ako iz bilo kojeg razloga os žiroskopa dobije otklon iz meridijana , signal pogreške s magnetskog kompasa vraća os žiroskopa ponovno u meridijan.

-

Prilikom promjene kursa broda os žiroskopa pokazuje brojčano isti kut promjene kursa kao i magnetski dio , odnosno os žiroskopa zadržava pravac koji je pokazivala i prije promjene kursa broda. Osnovni režim rada ovog kompasa je žiro-magnetski režim – glavna os žiroskopa se usmjerava u meridijan signalom s magnetskog kompasa

.

Slide78

Indukcijski kompas

-

indukcijski kompas

objedinjuje karakteristike direkcijskog žiroskopa i magnetskog kompasa s ciljem dobivanja točnog i stabiliziranog pokazivanja pravca meridijana.

- kao osjetilni element indukcijski kompas koristi

namotaje detektora za stvaranje električnog signala (Zemaljsko magnetsko polje) koji se mijenja s promjenom kursa broda , dok za istu svrhu žiro-magnetski kompas koristi običan magnetski kompas. Žiroskop se i ovdje koristi za stabilizaciju pokazivanja kursa broda.

Slide79

Indukcijski kompas “Gyrosin”

Sastavni dijelovi “Gyrosin” kompasa su :

-

detektor (A) , sklop žiroskopa ( C ) , glavni pokazivač (B) , pojačalo (E,D ) , upravljački dio i izvor napajanja

.

Slide80

Indukcijski kompas “Gyrosin”

Detektor

- se sastoji od

pobudnog i primarnog namotaja

i zavojnica za kompenzaciju. Prijemni namotaji

registriraju

smjer horizontalne i vertikalne komponente Zemaljskog

magnetskog polja u odnosu na kurs broda i stvaraju

upravljački signal za sinkronizaciju osi žiroskopa.

Detektor se

montira zajedno s kućištem na vrh jarbola broda ili na neko

drugo mjesto gdje je utjecaj brodskog magnetskog polja najmanji

a prijemni namotaj je u kardanskom sustavu uvijek u

horizontalnom položaju.

Sklop žiroskopa (C ) –

služi

za

stabilizirano pokazivanje kursa broda , a pravac glavne osi

žiroskopa se sinkronizira upravljačkim signalima iz detektora.

Glavni pokazivač (B )–

se

sinkronizira signalima iz sklopa

žiroskopa pomoću pratećeg sustava i prenosi podatke kursa

na sve ponavljače kompasa.

Slide81

Princip rada indukcijskog kompasa “Gyrosin”

Upravljački signal iz

prijemnog namotaja (1) detektora (A)

dolazi

na statorske namotaje selsina (self-

synchronising

)

prijema

podataka

detektora (2)

u

glavnom pokazivaču (B)

načijem rotorskom namotaju se inducira određeni napon greške (3). Napon greške se preko precesijskog pojačala (D)

vodi na

precesijski motor (4)

u sklopu

žiroskopa (C ).

Precesijskimotor

stvara

zakretni moment oko horizontalne

osi (y)

, pa žiroskop precesira oko

vertikalne osi (V).

Svaki

zakret

oko vertikalne osi

se preko

zupčanika (5)

prenosi na

ružu (6)

i

rotor selsina predaje podataka žiroskopa(7).

Rotor selsina predaje

inducira u statorskim namotajima

napon(8)

koji se vodi na odgovarajuće statorske namotaje

sinkroprijemnika podataka žiroskopa (9) u glavnom pokazivaču (B). Novoinducirani

napon (10) u rotoru sinkroprijemnika podataka žiroskopa se preko pratećeg pojačala (E ) vodi u

azimut-motor(11).

Azimut-motor

zakreće kazaljku kursa

glavnog pokazivača (12)

i

rotore

sinkroprijemnika podataka žiroskopa (9) i detektora (2)

koji leže

na istoj osovini.

Sinkroprijemnik podataka žiroskopa (9) i

detektora(2)

su tako podešeni da su im električni signali izlaza

jednaki

nuli kada kazaljka (12)

na glavnom pokazivaču pokazuje

kurs broda. U tom slučaju i ruža kompasa u sklopu žiroskopa

pokazuje kurs broda.

Slide82

Princip rada indukcijskog kompasa “Gyrosin”

Kada brod mijenja kurs

, okreće se zajedno s

kućištem

sklopa žiroskopa ( C )

i osovina na kojoj je ruža kompasa

i

rotor sinkropredajnika podataka žiroskopa (7).

Tako se mijenja položaj rotora u odnosu na vlastiti stator

i signal te nove

podešenosti (8)

se vodi na

stator sinkroprijemnika podataka žiroskopa (9) u glavnom pokazivaču (B). Budući da se sada mijenja inducirani

napon i u odgovarajućem rotoru , to se

promijenjeni

napon (10)

preko

pojačala ( E )

vodi na

azimut-motor (11)

koji zakreće kazaljku kursa i

rotore sinkroprijemnika

podataka žiroskopa (9) i detektora (10).

Signal iz detektora

(koji se uvijek zakreće zajedno s brodom) je također

promijenjen (silnice horizontalne komponente Zemaljskog

magnetskog polja prolaze u ovom slučaju kroz

primarni namotaj detektora

pod drugim kutom

) , i sada

odgovara novom kursu broda. Na taj način je električna

sinkronizacija između

rotora i statora sinkroprijemnika

podataka sačuvana ,

tj

. ruža kompasa na glavnom pokazivaču

i sklopu žiroskopa pokazuje isti kurs koji upravo odgovara

signalu iz detektora.

Slide83

Indukcijski kompas “Gyrosin” kao direkcijski žiroskop

Kada je indukcijski kompas “Gyrosin” u režimu

direkcijskog žiroskopa detektor (A)

je

isključen

, a

žiroskop se dovodi u željeni položaj dugmetom za

sinkronizaciju (15) mehaničkim putem

. Ako je poznat

pravac meridijana (na osnovu poznatog azimuta

terestričkog objekta) ,

os rotacije žiroskopa se dovodi u meridijan , pa će i u takvom režimu kompas pokazivati kurs žirokompasni.

Povremenom kontrolom moguće je

odrediti otklon osi iz meridijana ili drugog početnog

pravca i na osnovi toga se ispravlja pokazivanje kompasa

.

Dugmetom (15)

se sinkronizira sklop žiroskopa s podacima

detektora (1)

prilikom uključivanja indukcijskog kompasa.

Sinkronizacija po signalu

detektora (1)

je relativno spora

oko

2°/min . Sinkronizacija mehaničkim načinom je puno

brža. T

očnost pokazivanja kursa je

(

+/- 1°)

, a

spremnost

za rad je unutar 10 minuta

.

Slide84

Laserski kompas

Laserski kompas

- nema rotirajućih dijelova i nije osjetljiv na djelovanje vanjskih utjecaja.

Nedostatak – nepostojanje momenta koji bi ga usmjerio u pravac meridijana

-

ne održava stabilan položaj osi u prostoru

.

Slide85

Laserski kompas – princip rada

Laserski kompas

- senzor koji

vrlo precizno mjeri kutne brzine

objekta koji se kreće i u koji je ugrađen.

Sastoji se od :

lasera (1)

reflektorskog sustava ogledala(3) i foto-prijamnika (4).

Snop zraka

lasera (1)

udara u

poluprozirno ogledalo (2)

gdje se dijeli na dva dijela : jedan dio prolazi kroz ogledalo , a drugi dio se odbija od ogledala. Oba dijela se kreću kroz

sustav ogledala (3) ,

ali u suprotnim smjerovima

.

Ako nema zakreta čitavog

sustava

oko osi O

,

obje svjetlosne zrake će istovremeno stići

na

ulaz

foto-prijemnika (4)

,

jer prelaze iste putove. Ako se sustav

zakrene oko osi O

zajedno s objektom u koji je ugrađen , onda će

zraka koja putuje u smjeru zakreta preći duži put , a zraka koja

putuje u suprotnom smjeru od zakreta preći kraći put.

U tom se

slučaju

mijenja i frekvencija (Dopplerov efekt) zrake.

Razliku

frekvencije

(npr. za kutnu brzinu 10°/min , promjena frekvencije je

5,9 Hz pri zračenju lasera u vidljivom dijelu spektra )

.To mjeri foto-prijamnik (4)iz kojeg se izmjerena vrijednost vodi u računalo.

Računalo

iz kutne brzine zakreta objekta izračunava

kut zakreta objekta.

Da bi se dobio i

smjer zakreta objekta potrebna su dva foto-prijamnika

na međusobnoj udaljenosti od (1/4)četvrtine valne dužine laserskog

zračenja , koji registriraju Dopplerov efekt s pomakom faze od 90°.

Laserski kompas

je spreman za rad za

1-2 sekunde

, a dnevna

pogreška

u mjerenju kuta zakreta objekta iznosi

od 5 – 6’’. Ako se pravac meridijana

odredi i uvede u računalo, laserski kompas će tada registrirati svaku promjenu

kursa u horizontalnoj ravnini

.