Одна из причин, затрудняющих реализацию найденного условия, заключается в том, что для получения больших периодов к гироскопу должны прикладываться весьма малые управляющие моменты, величины которых меньше или соизмеримы с возникающими моментами, имеющими место из-за статических ошибок следящих систем и нелинейности их звеньев.
В гирокомпасе с электромагнитным управлением использован более простой способ устранения баллистических девиаций. Для этого маятник индикатора горизонта сильно задемпфирован, а углы его отклонения от равновесного положения ограничены специальными упорами до относительно малой величины. Кроме того, чтобы снизить скорость баллистического перемещения гироскопа за время действия ускорения, период незатухающих колебаний в рабочем режиме гирокомпаса выбирается большим — до 120—180 мин.
Возможен еще один простой и, по-видимому, более эффективный способ устранения баллистических девиаций.
Если в индикаторе горизонта предусмотреть устройство, которое автоматически отключало бы сигнал индикатора горизонта от схемы управления гироскопом, когда маятник под действием ускорения достигает одного из упоров, то гироскоп вместо прецессирования с малой скоростью во время действия ускорения становится свободным. Можно ожидать, что в этом случае отклонение гироскопа за время маневрирования будет меньшим, чем при первом способе компенсации. Следует заметить, что в обоих случаях при маневрировании корректирующие моменты остаются приложенными к гироскопу.
Эффективным способом устранения баллистических девиаций для гирокомпасов с электромагнитным управлением является способ компенсации силы инерции, воздействующей на маятник индикатора горизонта при наличии линейных ускорений.
Выражение полной силы, которая должна быть приложена к маятнику индикатора горизонта для компенсации баллистических девиаций гирокомпаса, создаваемых изменением скорости и курса, можно записать в виде
F = mм[( dV /dt) cosK + V(dK /dt)sink] , (1. 18)
где F -сила;
mм –масса маятника;
K –курс;
V –скорость судна.
В качестве устройства для компенсации силы инерции, действующей на маятник, в индикаторе горизонта можно установить электромагнитный датчик момента, на который подается сигнал,. пропорциональный силе F.
Можно представить схему электромеханического прибора, решающего зависимость (1.18) и вырабатывающего нужный сигнал по автоматически вводимым значениям скорости и курса.
Чтобы не усложнять конструкцию индикатора горизонта, можно полученный сигнал коррекции суммировать в противофазе с сигналом, снимаемым с индикатора горизонта, предварительно» пропустив сигнал коррекции через фильтр с постоянной времени,. равной постоянной времени индикатора горизонта. Такое решение наиболее целесообразно для описываемой схемы.
Приведенный способ компенсации баллистических девиаций предпочтительнее, чем настройка незатухающих колебаний гирокомпаса на период невозмущаемости по следующим соображениям.
Теоретически такую коррекцию можно осуществить для любого типа маневрирования судна независимо от скорости. При этом период незатухающих колебаний может быть выбран в принципе любым, и, кроме того, нет необходимости менять параметры гирокомпаса в зависимости от широты. Описанный способ компенсации позволяет полностью компенсировать баллистические девиации, в том числе и девиацию затухания без выключения демпфирования на время маневра.
Интеркардинальная девиация. При движении судна в условиях качки следящая сфера гирокомпаса раскачивается вокруг-своей оси подвеса в такт с качкой под действием составляющей ускорения в плоскости Е—W.
Составляющая ускорения в плоскости N—S, воздействующая на маятник следящей сферы, меняя свое направление синхронно-с качкой, создает вертикальный момент, аналогично тому как это происходит у обычных маятниковых компасов, но в отличие от них в гирокомпасе с электромагнитным управлением этот момент сам по себе не вызывает интеркардинальной девиации.
Инерционные моменты, действующие на следящую сферу во время качки, приводят лишь к дополнительным динамическим нагрузкам на двигатели азимутальной и горизонтальной следящих систем, но не дают существенных ошибок в показаниях гирокомпаса.
Основная причина, определяющая появление интеркардинальной девиации у гирокомпаса с косвенным управлением, заключается в том, что составляющая ускорения в плоскости N—S действует и на маятник индикатора горизонта. Она вызывает появление сигнала, пропорционального ускорению и меняющего знак в такт с качкой. Этот сигнал поступает на двигатели, которые прикладывают к гироскопу через торсионы знакопеременные моменты. Поскольку одновременно происходит раскачивание следящей сферы, оси двигателей рассогласовываются с осями соответствующих торсионов на угол, примерно равный амплитуде качки. В результате, когда сигнал от индикатора горизонта поступает на двигатели, моменты, прикладываемые к гироскопу торсионами, создают две составляющие — горизонтальную и вертикальную.
Так как горизонтальные торсионы имеют жесткость, во много раз большую, чем вертикальные, то вертикальная составляющая моментов от горизонтальных торсионов по абсолютной величине значительно превосходит остальные вертикальные моменты. Она и образует постоянный вертикальный момент, вызывающий ин-геркардинальную девиацию гирокомпаса па качке. Как видно, механика появления интеркардинальной девиации у гирокомпасов с электромагнитным управлением иная, чем у обычных маятниковых гирокомпасов, но схема образования постоянного вертикального момента при качке по существу одинакова.
Величина интеркардинальной девиации, закон ее изменения и зависимость от параметров гирокомпаса и качки для гирокомпаса с электромагнитным управлением в принципе остаются такими же, как и для одногироскопных маятниковых компасов.
Из известных способов компенсации интеркардинальной девиации для гирокомпаса с электромагнитным управлением наиболее рациональным оказалось применение индикатора горизонта с сильно демпфированным маятником.
Введение в чувствительный маятниковый элемент вязкого трения позволяет осуществить сдвиг по фазе, близкий к 90°, между действующим ускорением и моментом, прикладываемым к гироскопу, в результате чего эффект влияния качки на гирокомпас сводится к минимуму.
Уравнение движения такого индикатора горизонта при воздействии на него горизонтального ускорения для малых углов можно .записать в виде
тмl2 q”+c q’+mмg lq= mм l a(1. 19)
гдеmм — массы маятника;
l — длина маятника;
q — угол отклонения маятника от вертикали;
с — коэффициент демпфирования;
а — горизонтальное линейное ускорение качки. Передаточную функцию индикатора горизонта, движение которого описывается уравнением (1.19), можно представить выражением
W(p)= q (p)/a (p)=1 / Tм2 p2 +t p + 1 , (1. 20)
где Tм=(l / g); t = c/ mм gl —постоянные времени индикатора горизонта.
Практически величина Tм во много раз меньше периода качки. Поэтому введя в индикатор горизонта сильное демпфирование, правомерно пренебречь членом передаточной функции, содержащим р2. Тогда коэффициент ослабления амплитуды колебаний маятника по сравнению с амплитудой колебаний динамической вертикали будет приближенно определяться формулой
k =1 /( t2 w2 +1)1/ 2(1. 21)
Например, для индикатора горизонта с постоянной времени t=60 сек при качке с частотой (w= 1,2'/сек) ослабление выходного сигнала, снимаемого с индикатора горизонта, будет около 72. Если учесть еще и сдвиг фазы между колебаниями маятника и действующим ускорением, то уменьшение выходного сигнала, а следовательно, и интеркардинальной девиации гирокомпаса окажется более значительным.
Влияние индикатора горизонта с большой постоянной времени на собственные колебания гирокомпаса очень мало, поскольку постоянная времени составляет менее 1 % от величины периода колебаний гирокомпаса.
Поведение гирокомпаса с электромагнитным управлением на качке отличается от обычных маятниковых компасов одной существенной особенностью. В этом гирокомпасе, помимо постоянной составляющей по вертикальной оси от моментов, вызванных сигналами индикатора горизонта, при качке появляется постоянная составляющая на ту же ось от знакопеременных моментов, накладываемых на гиросферу горизонтальными торсионами вследствие динамических ошибок следящих систем. Эта погрешность, имеющая четвертной характер, зависит от жесткости горизонтальных торсионов и при больших динамических ошибках ее величина может достигнуть существенного значения.
Другая особенность заключается в характере карданной ошибки гирокомпаса. Эта ошибка вызвана тем, что в рассматриваемой конструкции одногироскопного курсоуказателя карданов подвес ЧЭ обеспечивает снятие отсчета курса в плоскости палубы, а не в плоскости горизонта.
Величина карданной ошибки определяется формулой
DK = К. - arctg [tg (Кг cosq /siny) - sinq tgy ] ,(1. 22)
где Кг — курс в горизонтальной плоскости;
q — угол крена (бортовой качки);
y — угол дифферента (килевой качки).
Карданная ошибка при следовании судна курсами 0, 90, 180 и 270° равна нулю и достигает максимума на промежуточных курсах 45, 135, 225 и 315°. Несмотря на то, что даже при симметричной качке возникает постоянная карданная ошибка, практически при использовании курсоуказателя для целей судовождения ею можно пренебречь. При правильной бортовой качке с амплитудой в 10° и следовании промежуточными курсами средняя величина карданной ошибки не превышает 0°,3.