ELEKTRONIKA NAVIGACIJA UVOD U NAVIGACIJU Temeljni pojmovi Elektronika

ELEKTRONIČKA NAVIGACIJA UVOD U NAVIGACIJU

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

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

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

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

• 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 tzv. „meka zona” u gornjem plaštu, a neposredno ispod litosfere

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 jezgra od 5150 do 6371 km – unutarnja jezgra

Mohorovičićev diskontinuitet, granica između Zemljine kore i plašta

Poprečni presjek unutrašnjosti Zemlje

Pregled atmosferskih slojeva po visini

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

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

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

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)

Prema principu rada elektronička navigacija se dijeli na: • • • Amplitudna (radio-goniometar) Fazna (Decca, Omega) Impulsna (Loran-A, radar, dubinomjer) Frekventna (GPS) Kombinirana (Loran C)

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)

Prema mjestu razmještaja elemenata sustava dijele se na: • Kopneni • Svemirski (predajnici na satelitima) • Podmorski (predajnici smješteni na dnu mora)

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 GLONASS 2016. – operativan sustav Galileo

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 ovjesu sa tri stupnja sa 3 stupnja 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

Žiroskop – kardanski sustav

Zvrk

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 (ωp) 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.

Precesija žiroskopa • Precesija žiroskopa oko horizontalne osi : T – vanjska sila P – precesija žiroskopa Precesija žiroskopa oko vertikalne osi : T – vanjska sila P – precesija žiroskopa • Precesija žiroskopa prestaje u trenutku prestanka djelovanja vanjske sile.

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 , ωp – kutna brzina precesije). • - Vektor žiroskopskog momenta R uvijek je usmjeren tako da nastoji sjediniti vektor kinetičkog momenta H s vektorom kutne brzine precesije ωp ili vektor kutne brzine s vektorom ωp. To znači da je vektor R usmjeren u stranu s koje se vektor H okreće prema vektoru ωp 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).

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.

Precesija žiroskopa

Precesija žiroskopa s utegom

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 (ωo) : Horizontalna komponenta (ωo 1) - 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 ( ωo 2) - 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).

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 :

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 , odnosno pol 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 = sinβ = sinϕsinδ + cosϕcosδcoss cosω = cosα = (sinδ-sinϕsinv)/(cosϕcosv) = (sinδ-sinϕsinβ)/(cosϕcosβ) 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’ (sinϕ – cosϕ tgβ cosα) = 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 = Δv Promjena 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.

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° , ωo 1 = ωo , ωo 2 = 0 ) :

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° , ωo 1 = ωo , ωo 2 = 0 ):

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 , ωo 2 = ωo ) :

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°, ωo 1 = 0 , ωo 2 = ωo ) :

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°, ωo 1 > 0 , ωo 2 > 0 )

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° , ωo 1 >0 , ωo 2 >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 :

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° , ωo 1 >o , ωo 2 > 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.

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 žirokompasa 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.

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.

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).

Postavljanje osi zvrka u meridijan

Vrijeme stabilizacije zvrka

Optički žiroskop – Sagnacov efekt

Sagnacov efekt - 1913. god.

Prstenasti laserski žiroskop- RLG - Ring Laser gyroscop

Optički žiroskopi – FOG – Fiber Optics Gyroscopes • SM (Single Mode) - 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.

Žirokompas s optičkim nitima

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 žirokompas. 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 cosϕ.

Pogreška vožnje (δž 1)

Pogreška vožnje (δž 1) • 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.

Pogreška geografske širine (δž 2) • Pogreška geografske širine (δž 2)- 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 (ωo sinϕ) i ravnine horizonta (ωo cosϕ) kao i tehnički parametri osjetilnog elementa.

Pogreška geografske širine (δž 2) • - 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 cosϕ sinα)- 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 sinϕ sinε)- 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 cosϕ sinα. Budući da su kutovi ε i α , mali može se aproksimirati : sinε = ε sin 1° , sinα = α sin 1° , odnosno ε sinϕ = α cosϕ. Kut ε određen je konstrukcijom osjetilnog elementa. Rješavajući izraz ε sinϕ = α cosϕ , za veličinu kuta α dobiva se : α= ε (sinϕ/cosϕ) = ε tgϕ. Član ε u dobivenom izrazu naziva se pogreška gušenja i ovisi o izvedbi osjetilnog elementa žiro-kompasa. - Promjenjivi član tgϕ 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 δž 2 = α = ε tgϕ - Pogreška geografske širine ispravlja se električnim korektorom – uvođenjem signala proporcionalno s tgϕ.

Balistička pogreška (δž 3) - Balistička pogreška (δž 3) – 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.

Balistička pogreška (δž 3) • Balistička pogreška nastala djelovanjem sile inercije na težište osjetilnog elementa naziva se balistička devijacija prvog reda (δI), 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 ( δI) može se odrediti pomoću sljedeće jednadžbe : • δI = ( δž 1 – δž 1’) ( cosϕ/cosϕk – 1 ) , δž 1 – pogreška vožnje za brzinu na početku manevra , δž 1’ – pogreška vožnje za brzinu na kraju manevra , ϕk – geografska širina za koju je proračunat period neprigušenih oscilacija osjetilnog elementa (T). Kao posljedica balističke precesije nastaje balistička devijacija prvog reda (δI).

Balistička pogreška (δž 3) • Balistička devijacija drugog reda (δII) – 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: δII = - ( δž 1 – δž 1’) k , k – koeficijent koji ovisi o tehničkoj izvedbi osjetilnog elementa , a obično ima veličinu 0, 5. • Balistička pogreška (δž 3) - izračunava se na sljedeći način : δž 3 = (δI) + (δII).

Kvadrantalna devijacija (δž 4) • - Kvadrantalna devijacija (δž 4) - 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 (žirokompas “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.

Pogreška instalacije žiro-kompasa (δž 5) • 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 (δž) jednaka je zbroju svih pojedinačnih pogrešaka : δž = δž 1 + δž 2 + δž 3 + δž 4 + δž 5

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.

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.

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.

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.

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 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.

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.

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.

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 žirokompasa će pokazati veći kurs. Okretanje azimut-motora prestaje čim kotva transformatora ponovno dođe u neutralni položaj.

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.

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 :

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 110 V , 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).

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.

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 R 1 i R 2 - otpornici

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 110 V -333 Hz dvije paukove noge međusobno su razmaknute za 180° završavaju sa dva kontakta W 1 i W 2 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 kugla tekućine koja sadrži vodu, glicerin i benzolovu kiselinu. Prateća kugla leži na dva ležaja na poklopcu kotla i može se okretati oko vertikalne osi. Sustav praćenja realizira se pomoću tzv. Weatshtonova mosta. P. P. – napajanje lebdeća P. S. “ prateći sustav 5 i 5’ – prstenaste zavojnice R 1 , R 2 - otpornici

Prateća i lebdeća kugla žiro-kompasa “Anschutz- Weatshtonov most čine stalni omski otpori dvije polovice prstenaste zavojnice (5 i 5’)i dva promjenjiva otpora ( R 1 i R 2). Promjenjivi otpori R 1 i R 2 su omski otpori tekućina između kontakata W 1 i W 2 ( na pratećoj kugli) i krajeva širokog ekvatorskog prstena na lebdećoj kugli. Weatshtonov most je u ravnoteži kada su kontakti W 1 i W 2 simetrično postavljeni u odnosu na krajeve ekvatorskog prstena, jer su otpori tekućine R 1 i R 2 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 (R 1 ili R 2) ostaje isti ( ne mijenja se razmak između W 1 ili W 2 i ekvatorskog prstena ) , ali se drugi poveća zbog većeg razmaka između kontakata ( W 2 ili W 1) i ekvatorskog prstena. Nejednaki otpori R 1 i R 2 izvode električni most iz ravnoteže i na izlazu mosta poteče struja koja se nakon pojačanja dovodi na zakretnu fazu azimut-motora (1). Azimut-motor je dvofazni : jedan namotaj (2) je stalno pod naponom (110 V -333 Hz) , 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 W 1 i W 2 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 ; R 1, R 2 – otpornici :

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).

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 kvar.

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 direktno 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.

Anschutzova kugla i kompas

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.

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. • -

Indukcijski kompas “Gyrosin” • Sastavni dijelovi “Gyrosin” kompasa su : - detektor (A) , sklop žiroskopa ( C ) , glavni pokazivač (B) , pojačalo (E, D ) , upravljački dio i izvor napajanja.

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.

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) na čijem 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.

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.

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. Točnost pokazivanja kursa je ( +/- 1°) , a spremnost za rad je unutar 10 minuta.

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.

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.