WikiDer > Kreiselkompass

Anschütz Kreiselkompass

EIN Kreiselkompass, Kreiselkompass oder maut kompass ist ein kardanisch aufgehängt und elektrisch angetrieben Gyrotol die eine Position im Raum behält, wenn sie einmal besetzt ist und mit Hilfe von PräzessionBlick nach Norden gemacht wird. Es wird genutzt für Navigationszwecke und ist einem magnetischen vorzuziehen Kompass wegen der höheren Richtwirkung, der kleineren Fehler und weil es nicht durch Eisenobjekte oder durch lokale Abweichungen im Erdmagnetfeld gestört wird. Ein Kreiselkompass kann auch außerhalb des Erdmagnetfeldes (im Weltraum) eingesetzt werden, obwohl er nicht mehr nach Norden schaut, weil er die Erdrotation nicht mehr erfährt.

Sie sind modernere Kompasse Ringlaserkreiselkompasscom und der faseroptischer Kreiselkompass.

Geschichte

Hermann Anschütz-Kaempfe baute 1907 den ersten funktionierenden Kreiselkompass. 1908 das Kriegsschiff Deutschland mit dieser Single-Maut-Version ausgestattet. Im Jahr 1912 wurde der Werd Moltke mit einer mehrspindligen Ausführung ausgestattet. 1913 das Passagierschiff Imperator das erste Handelsschiff, das mit einem Kreiselkompass ausgestattet wurde. Entwickelt in den USA Elmer Ambrose Sperry seine Version des Kreiselkompasses, die erste erschien 1911 auf der Delaware wurde platziert.

Nächster Anschutz & Co. und Sperry Gyroscope Company waren namhafte Hersteller Arma-Braun, Plath und Robertson.

Prinzip

Der Kreiselkompass besteht aus mehreren Teilen. Mit dem Sensor wird Nord bestimmt, der Sensor wird getragen und mit dem nächsten Element, Korrektoren zum Ausgleich der Fehler und dem Transfersystem zur Steuerung von Tochterkompassen unter anderem verfolgt.

Sensor

Damit der Kreiselkompass seine Funktion der Nordbestimmung erfüllen kann, braucht man eine Reihe von Dingen:

• Gyro Maut,
• Zielsystem,
• Dämpfungssystem
• rotierende Erde.

Die ersten drei Teile werden als Sensor oder empfindliches Element bezeichnet. Beim verwendeten Ziel- und Dämpfungssystem wird zwischen deutschen und amerikanischen Kompassen unterschieden. Während erstere ein bodenlastiges Zielsystem und horizontale Dämpfung verwenden, hat letzteres ein kopflastiges Zielsystem mit vertikaler Dämpfung.

Gyrotol

Sobald auf die Drehachse eine Kraft (roter Vektor) ausgeübt wird, die zu einem Moment führt, wird sie Präzession Erfahrung. Diese Bewegung (blauer Vektor) steht senkrecht zu diesem Moment

Ein sich drehendes Gyrotol entwickelt sich a Drehimpulshuh (oft in Physik) l) in Richtung der Rotationsachse, der x-Achse. Die Größe hängt davon ab, TrägheitsmomentJ (normal ich erwähnt) und die Drehgeschwindigkeitω:

${displaystyle H=Jcdot omega }$

Wenn kein Moment auf ein Gyrotol angewendet wird, wird es erstes Mautgesetz seine Position im Raum halten. Auf der Erde kann dies beobachtet werden, weil a kardanisch aufgehängt Gyrotol macht eine Drehung während eines 24-Stunden-Zeitraums, wobei die Position relativ zum Himmelspol Bleibt das selbe. Ein Kreisel, der seine Position im Weltraum beibehält, scheint sich mit Rotationsgeschwindigkeit zu bewegen wie eine sich drehende Erde ω_ein, scheinbare tägliche Bewegung erwähnt.

Zielsystem

Bewegung ohne Richtungssystem und Dämpfung (schwarz)
Bewegung mit Richtungssystem (grün)
Bewegung mit Richtungssystem und Dämpfung (rot)

Nach dem zweiten Mautgesetz ist zu einem Zeitpunkt auf der Maut der Vektor des Drehimpulses mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit ω_ja oder ω_z Präzession über den kleinsten Winkel von huh zu ich_z oder ich_ja mit der größe:

${displaystyle omega _{z}={M_{y} über H}}$ und ${displaystyle omega _{y}={M_{z} über H}}$

Diese Näherung gilt nur, wenn huh ist viel größer als ich. Beim Aufstehen ist dies noch nicht der Fall und Nutation auf.

Um die Kreiselpeilung zu ermöglichen, kann am Kreiselgehäuse ein Gewicht angebracht werden. Wenn sich der Kreisel gegen den Uhrzeigersinn dreht – nach Osten – dann wird ein Gewicht darauf gelegt, kopflastig, eine Präzession nach Westen, wenn die Rotationsachse über dem Horizont liegt, und nach Osten, wenn sie unter dem Horizont liegt. Diese Targeting-Präzession ω_r hängt von der Steigung der Maut ab β, der Drehimpuls huh und die Zielkonstantecon B was wiederum von der verwendeten Flüssigkeit und dem Gewicht abhängt:

${displaystyle omega _{ ext{r}}=-{B over H}cdot eta }$

Dadurch bewegt sich die Achse a Ellipse über dem Horizont mit dem Norden als Zentrum beschreiben. Die Abflachung variiert je nach Kreiselkompass, aber das Verhältnis zwischen der kurzen und der langen Achse beträgt etwa 1 zu 25. Wenn sich die Oberseite in die andere Richtung dreht – nach Osten nach unten – kann der gleiche Effekt erzielt werden, indem das Gewicht unten platziert wird. unten schwer.

Um Probleme durch das Rollen eines Schiffes zu vermeiden, a kopflastigSystem verwendet kein Gewicht oben, sondern ein ölgefülltes Kommunizierende Schiffe. Andere Hersteller verwenden einen Torquemotor, um dieses Drehmoment auf die y-Achse aufzubringen, weshalb er auch als y-Torquer bezeichnet wird. Dies wird durch die Steigung gesteuert β mit dem Horizont.

Bei der unten schwerDas System verwendet einen zweiten Kreisel, der mit dem ersten einen Winkel von 45° bis 60° bildet, wodurch verhindert wird, dass das Ganze schwingt.

Dämpfungssystem

Es gibt zwei verschiedene Dämpfungssysteme; vertikale und horizontale Dämpfung.

Vertikale Dämpfung

Bei vertikaler Dämpfung wird bei einem Kreisel, der nach Osten dreht, ein Gewicht auf der Westseite über der xy-Ebene platziert. Wenn die Rotationsachse über den Horizont steigt, verursacht sie ein westliches Moment, das eine Abwärtspräzession verursacht. Unterhalb des Horizonts gibt es einen östlichen Moment und eine Aufwärtspräzession. Diese dämpfende Rezession ω_d hängt von der Steigung der Maut ab β, der Drehimpuls huh und die Dämpfungskonstante so was wiederum von der Größe und Platzierung des Gewichts abhängt:

${displaystyle omega _{ ext{d}}=-{S über H}cdot eta }$

Auch andere Hersteller verwenden hier einen Torquemotor, in diesem Fall einen Z-Torquer, ebenfalls neigungsgesteuert β.

Horizontale Dämpfung

Mit horizontaler Dämpfung — angewendet auf unten schwer-Gyros — ein Dämpfungsring wird auf die Maut aufgebracht. Dieser ist mit einer Flüssigkeit gefüllt und weist Trennwände auf, mit denen die Flüssigkeit abgebremst wird. Es wird somit dem Gewicht gegenüber vor dem Ausrichtsystem platziert und wirkt diesem somit entgegen, wird aber durch den Flüssigkeitsstrom abgebremst. Das Ergebnis ist eine horizontale Dämpfungspräzession, die etwa zwei Drittel der Richtungspräzession im Ruhezustand beträgt:

${displaystyle omega _{ ext{d}}={ frac {2}{3}},omega _{ ext{r}}}$

Dies kann auch mit einem y-Drehmoment erreicht werden, bei dem ein Moment für das Richtungssystem basierend auf der Neigung aufgebracht wird β, minus gleich β verzögert und mit einem Faktor multipliziert f für die Dämpfung.

Nächstes Element

Das nächste Element trägt den Sensor und folgt ihm. Da der Sensor nun nach Norden zeigt, muss diese Anzeige über die Kompassrose. Um dies zu verhindern, ohne dass ein Moment auf das empfindliche Element ausgeübt wird, wird die Differenz zwischen den beiden Elementen mit einem Nachlauftransformator gemessen. Ein Nachführmotor sorgt dann dafür, dass diese Differenz wieder zu Null wird.

Transfersystem

Um die Kursinformationen an Hilfskompasse weiterzugeben, Autopilot und andere Geräte verwenden eine Übertragung, die früher elektrisch war, aber jetzt elektronisch ist.

Korrektoren

Um die unten beschriebenen Fehler auszugleichen, drehen horizontal stummgeschaltete Kompasse die Kompassrose oder passen die Digitalanzeige an. Das empfindliche Element ist davon nicht betroffen. Dies geschieht bei vertikal gedämpften Kompassen. Mit den Torquenern wird ein korrigierendes Drehmoment auf die jeweilige Welle aufgebracht.

Fehler

Es gibt mehrere Faktoren, die zu einer Fehlleitung bei einem Kreiselkompass führen. Für den bei der vertikalen Dämpfung auftretenden Breitenfehler wird ein Korrektor verwendet. Der Gesamtfehler eines Kreiselkompasses setzt sich dann aus dem Kurs- und Geschwindigkeitsfehler und dem Indexfehler zusammen. Da in der Regel auch ein Geschwindigkeitskorrektor verwendet wird, bleibt der Indexfehler bestehen. Dieser ist nicht konstant und muss daher regelmäßig ermittelt werden. Dies kann durch a Azimut einen Stern nehmen oder Lichterkette.

Breitenfehler

Vertikal gedämpfte Kreisel erreichen ihren endgültigen Ruhepunkt nicht genau am Horizont im Norden, sondern mit einer Neigung β₀ und ein Dämpfungsfehler α₀. Da dieser Dämpfungsfehler breitenabhängig ist, wird er normalerweise als Breitenfehler bezeichnet:

${displaystyle alpha _{0}={180 über pi }cdot {S über B}cdot an b}$

${displaystyle eta _{0}={180 über pi }cdot {H über B}cdot omega _{a}cdot sin b}$

Horizontal stummgeschaltete Kompasse haben diesen Fehler nicht, aber eine gewisse Neigung:

${displaystyle alpha_{0}=0}$

${displaystyle eta _{0}={180 über pi }cdot 3cdot {H über B}cdot omega _{a}cdot sin b}$

Ein anderer Kurs über Grund als Ost oder West führt zu einem Kurs- und Geschwindigkeitsfehler

Kurs- und Geschwindigkeitsfehler

Ein Kreiselkompass bezieht seine Wirkung aus der Rotation der Erde. Es vollendet eine Umdrehung in a revolution siderischer Tag 23 Stunden und 56 Minuten. Am Äquator entspricht dies einer Geschwindigkeit von 902,5 Knoten, auf anderen Breiten 902,5 cos b. Durch Addieren von Kurs und Geschwindigkeit erhält man ein Ergebnis. Der Kreiselkompass lokalisiert den Kreisel nach Norden (Nein_G) als senkrecht zu dieser Resultierenden. Daraus lässt sich eine Korrektur ableiten, die Geschwindigkeitskorrektur:

${displaystyle vc=-0.063cdot {vcdot cosGrK_{gyro} über cos b}}$

Indexfehler

Jede Konstruktion hat mit . zu tun Toleranzen. Der resultierende Fehler wird bei Kreiselkompassen als Indexfehler bezeichnet. Dazu gehört eine Verschiebung des Schwerpunkts des Kreiselmauts aus der Mitte – verursacht einen temperaturabhängigen Fehler – Lagerverschleiß – erzeugt ein unerwünschtes Moment – ​​falsche Korrekturen, Fehler im Trackingsystem und ein Fehler in der Ausrichtung des Kompasses mit dem Kiel und Heck.

Beschleunigungsfehler

Sobald Kurs und Geschwindigkeit geändert werden, treten Beschleunigungen auf, die für eine zusätzliche Präzession sorgen. Dies kann bei diesen Manövern einen Beschleunigungsfehler von mehreren Grad verursachen.

Pendelfehler

Schwingen und stampfen verursacht unterschiedliche Präzessionen. Bei vertikal gedämpften Kompassen ist das Zielsystem so langsam, dass es mit der Gier nicht mithalten kann. Horizontal gedämpfte Kompasse haben mit den beiden Gyrotolls eine stabile Plattform, die für diese Bewegungen praktisch unempfindlich ist.

Siehe die Kategorie Kreiselkompasse von Wikimedia Commons für Mediendateien zu diesem Thema.