Погрешности гирокомпасов, их источники, методы компенсации и учет в различных условиях плавания
Погрешности гирокомпасов.
В соответствии с международными стандартами, точность любого установленного на судне гирокомпаса должна отвечать следующим минимaльным требованиям.
Установившаяся погрешность гирокомпаса - это paзность отсчетов истинного и установившегося курсов. Установившийся курс - среднее значение из 10 отсчетов, взятых один за другим через 20 мин после того, как гирокомпас пришел в меридиан. Считается, что гирокомпас пришел в меридиан, если разность между значениями любых двух отсчётов, взятых через 30 мин, не превышает ±0,7о. Установившаяся погрешность на любом курсе в шиpoтax φ 
60 о не должна превышать ±0,75 о sec φ. Средняя квадратическая погрешность paзностей между отдельными отсчётами курса и его средним значением должна бьпь менее 0,25 о sес φ.
Стабильность установившейся погрешности гирокомпаса от пуска к пуску должна быть в пределах 0,25 о sес φ. Стабильность установившейся погрешности основного прибора гирокомпаса должна быть в пределах ±1° sec φ в обычных условиях эксплуатации и вариацяях магнитного поля, которые может испытывать судно.
Требуется также, чтробы в широтахφ 60 о:
включенный в соответствии с инструкцией гирокомпас пришел в меридиан за время не более 6 ч при бортовой и килевой качках с периодом колебаний от 6 до 15 с, амплитудой 5о и максимальном горизонтальном ускорении 0,22 м/с2;
остаточная постоянная погрешность после ввода коррекции за скорость и курс при скорости 20 уз не должна превышать ±0,25 о sеc φ
погрешность, вызванная быстрым изменением скорости, при начальной скорости 20 уз не должна превышать ±2о;
погрешности, вызванные бортовой и килевой качкой с периодом колебаний от 6 до 15 с, амплитудами 20 о, 10 о и 5 о соответственно при максимальном горизонтальном ускорении не превышающем 1 м/с2, и рысканием судна должны быть не более 1 о sеc φ
Максимальное расхождение в отчетах между основным прибором гирокомпаса и репитерами в рабочем состоянии не должно превышать ±0,5о.
По своему характеру погрешности гирокомпаса принято делить на методические и инструментальные. Основными методическими погрешностями являются скоростная и инерционная.
Скоростной погрешностью гирокомпаса называется постоянное в данной широте азимутальное отклонение оси гирокомпаса от истинного меридиана, происходящее вследствие движения судна с постоянной скоростью на постоянном курсе.
Скоростная погрешность имеет полукруговой характер: для курсов северной половины горизонта она отрицательна, южной — положительна. В большинстве конструкций гирокомпасов она исключается автоматическими или полуавтоматическими корректорами. В некоторых конструкциях скоростная погрешность исключается только из показаний принимающих.
Инерционные погрешности гирокомпаса вызываются возмущающими моментами сил инерции, возникающими при ускоренном движении судна. При появлении моментов этих сил ось гирокомпаса выходит из своего положения равновесия и совершает прецессионное движение со скоростью, зависящей от значения момента силы инерции. Инерционная девиация проявляется в форме затухающих колебаний после окончания маневра судна (курсом и/или скоростью).
Образующаяся в результате маневра переменная погрешность называется инерционной погрешностью гирокомпаса. Она свойственна большинству современных гирокомпасов независимо от их конструкции.
Различают инерционную погрешность с выключенным на время маневра успокоителем и инерционную погрешность с включенным успокоителем. Первую иногда называют баллистической погрешностью первого рода, вторую (в частном случае выполнения условия апериодических переходов) — баллистической погрешностью второго рода, или погрешностью ускорения-затухания.
Наибольшее значение инерционная погрешность первого рода имеет в момент окончания маневра. Инерционная погрешность второго рода достигает наибольшей величины приблизительно через 20—25 мин после окончания маневра.
На практике в условиях часто повторяющихся маневров какие-либо расчеты по определению инерционных погрешностей производить нецелесообразно. Однако судоводитель должен критически оценивать их возможную величину и характер изменения. Для этого необходимо учитывать следующее:
инерционные погрешности носят гироскопический характер, т. е. возникают не сразу после появления инерционных возмущений и исчезают не сразу после их прекращения;
изменение инерционных погрешностей во времени после прекращения действия возмущающих факторов происходит по законам собственных колебаний ГК, т. е. тем же периодом и фактором затухания;
для транспортных судов величина инерционной погрешности в средних широтах после однократных маневров обычно не превышает 2—3°;
показания гирокомпаса следует считать ошибочными в течение 40—50 мин после окончания маневра. В особо сложных условиях (при плавании в высоких широтах и на больших скоростях) инерционная погрешность может сохраняться в течение 1,5 ч после маневрирования;
существенные инерционные погрешности появляются при полуциркуляции судна с курса 0° или 180°, а также при зигзагообразном маневрировании на четвертных генеральных курсах;
при отсутствии выключателя затухания инерционная погрешность гирокомпаса принципиально не может быть устранена;
выключение успокоителя колебаний гирокомпасов с нерегулируемым периодом целесообразно в широтах меньше расчетной (для отечественных конструкций меньше 60°);
при пеленговании ориентиров с помощью гирокомпаса инерционная погрешность должна рассматриваться как систематическая (повторяющаяся) ошибка, если срок наблюдений значительно меньше периода собственных колебаний гирокомпаса;
при счислении пути по гирокомпасу инерционная погрешность должна рассматриваться как случайная ошибка курсоуказания;
при сложном маневрировании (плавании по извилистым фарватерам, во льдах и т. д.) возможно наложение инерционных погрешностей или накопление их до существенного значения, зависящего от широты плавания. В широтах 75—80° это значение может составлять ±10—15° для обычных неапериодических компасов.
Инструментальные погрешности гирокомпаса с жидкостным подвесом ЧЭ складываются из инструментальных погрешностей основного прибора, следящей системы, корректирующих устройств, дистанционной передачи и принимающих приборов.
Инструментальная погрешность основного прибора современных гирокомпасов обычно не превышает ±0,3°.
Погрешность, вносимая следящей системой, практически может рассматриваться как случайная, поскольку она зависит от многих, трудно учитываемых факторов.
В гирокомпасах с косвенным управлением основными источниками инструментальных погрешностей основного прибора являются дефекты следящих систем и устройства управления гироскопом.
Одногироскопные гирокомпасы с торсионным подвесом могут иметь специфическую установившуюся погрешность, пропорциональную статической ошибке следящей системы. В реальных условиях плавания предельная величина случайной погрешности, которая может быть внесена следящей системой, не превышает ±1,0°.
Погрешность, вносимая корректором, складывается из случайной погрешности, вызываемой люфтами и несоответствием геометрических размеров передач, и систематических погрешностей за счет неточного ввода истинной скорости и широты.
Случайная погрешность корректора обычно оценивается предельными значениями ±(0,2-0,3)о.
Систематическая погрешность за счёт неточного ввода истинной скорости, что может иметь место при неизвестном течении или неизвестной поправке лага, обычно невелика.
Систематическая погрешность за счёт неточного ввода широты может достигать существенного значения. Для ее уменьшения при плавании в высоких широтах следует производить установку корректора по широте через каждый градус изменения широты или менее. Погрешность за счет дистанционных передач гирокомпаса обычно рассматривается как случайная. Ее предельное значение не превышает ±0,2 о в статическом режиме, но может достигать нескольких градусов в динамическом режиме, что следует иметь в виду при пеленговании объектов на циркуляция или после резкого изменения курса.
Погрешности принимающих приборов могут быть разделены на систематические и случайные. Систематические обычно не превышают ±0,2 о (без учета погрешности за счет неточной установки пелоруса). Предельное значение случайных погрешностей имеет такой же порядок.
К инструментальным погрешностям двухгироскопных компасов может быть отнесена и наблюдаемая на качке четвертная погрешность (у одногироскопных гирокомпасов с гидравлическим маятником ее следует рассматривать как методическую). Причиной этой погрешности является перемещение ЦТ чувствительного элемента на качке за счет изменения уровня имеющихся внутри него жидких масс, главным образом уровня масла в успокоителе колебаний. Величина этой погрешности зависит от конструкции успокоителя и для отечественных гирокомпасов типа «Курс» не превышает ±0,5 о (при отсутствии собственного движения судна).
Поправки и точность показаний гирокомпаса. Совокупность перечисленных выше погрешностей образует суммарную погрешность гирокомпаса, подразделяемую на систематическую и случайную составляющие. На практике такое разделение не имеет большого значения, поскольку, как правило, общая поправка определяется при однократных наблюдениях или в течение слишком коротких промежутков времени, чтобы можно было произнести эффективную обработку измерений.
Однако следует иметь в виду, что за счет случайных и переменных систематических ошибок значение общей поправки гирокомпаса в какой либо момент времени может существенно отличаться от значения, выведенного при последних наблюдениях. По этой причине, в частности, при пеленговании объектов в условиях длительного маневрирования или вскоре после окончания маневра (например, после выхода из порта), не следует принимать во внимание общую поправку, определенную до производства маневра.
С другой стороны, изменение общей поправки в течение некоторого времени после маневрирования не следует считать признаком неисправной работы гирокомпаса. Иногда допускается ошибка, когда общая поправка гирокомпаса определяется на полном ходу с введенным в корректор значением скорости, а затем этой поправкой пользуются на малом ходу, среднем или на стоянке (например, на якоре) без ввода нового значения скорости в корректор. Другая ошибка возникает в тех случаях, когда общая поправка определяется на стоянке, но с установленным на корректоре значением скорости, при этом ошибочно предполагается, что на ходу поправка компаса будет правильной.
Во всех случаях следует руководствоваться следующим правилом: введенная в корректор скорость должна всегда соответствовать действительной скорости судна.
Общая поправка гирокомпаса определяется одним из принятых в навигации и мореходной астрономии методов, а также с помощью радиотехнических средств.
Величина средней квадратической погрешности общей поправки гирокомпаса составляет:
по створам ±0,2°, пo пеленгам береговых ориентиров ±0,4°, по небесным светилам ±0,4°.
К paдиотехническим способам следует прибегать только в тех случаях, когда вследствие плохой или ограниченной видимости другие способы определения поправки недоступны. Особенно ненадежны определения поправки гирокомпаса с использованием ненаправленных радиомаяков, находящихся за пределами оптической видимости.
Величина и характер изменения общей поправки гирокомпаса являются критерием точности его показаний. Точность гирокомпаса в соостетствии с природой его погрешностей принять оценивать для конкретных целей плавания: на неподвижном основании (на швартовах); при плавании прямыми курсами с постоянной скоростью; при маневрировании судна; при качке судна.