ВОЛЧОК И ПРИМЕНЕНИЕ ЕГО СВОЙСТВ

КОМПАС БЕЗ МАГНИТА

Же много тысяч лет тому назад в древнем Китае знали & замечательные свойства магнитной стрелки. Расска­зывают, что в 2364 г. до современного летосчисления китайский император Хуанг Ти сумел победить своего со­перника Чжи Су, преследуя его в облаках пыли и тумана, руководствуясь указаниями компаса, установленного на каретах в виде художественно исполненной фигуры.

В России рыбаки и землепроходцы издавна пользова­лись компасом. Давно на Руси знали этот замечательный, незаменимый в тяжелых и опасных путешествиях при­бор, уважительно называли его «маткой».

Много столетий и даже тысячелетий магнитный ком­пас действовал «верой и правдой», безотказно, с отмен­ной точностью. Но в современных условиях он оказы­вается все более непригодным или неточно действующим прибором. На металлических судах, например, магнитный компас не особенно надежен. Большие стальные корпуса и отдельные детали судна, работа электромашин и даже перемещение небольшой металлической массы оказывают вредное влияние, искажая показания компаса.

Болтанка, рысканье, продольные и поперечные крены самолета вызывают резкое снижение точности действия компаса. А именно в это время, как никогда, нужна исключительная точность его показаний.

Мысль о замене магнитного компаса другим, более надежным прибором возникала неоднократно у многих и очень давно.

Л. Фуко уже в 1852 г. теоретически показал возмож­ность создания гироскопа, определяющего направление полуденной линии, линии север — юг, в любой точке Земли, т. е. гирокомпаса.

Чем объясняется такое, казалось бы, странное пове­дение гироскопа?

Мы уже говорили о том, что земной шар — это ги­гантский волчок. По правилу же, установленному Л. Фуко, ось гироскопа с двумя степенями свободы на вращающемся основании всегда устанавливается па­раллельно оси вращения этого основания. При этом на­правление вращения ротора совпадает с направлением вращения основания.

Значит, находясь с таким гироскопом на экваторе, мы заметим, что ось его установится по линии север — юг, то есть параллельно земной оси, причем направления вращения ротора и Земли совпадают.

В другом месте земного шара, не на экваторе, ось ротора нашего гироскопа будет отклоняться, направляясь одним концом на Полярную звезду. Чем ближе к полюсу, тем выше поднимается ось гироскопа, а непосредственно на полюсе ось его занимает вертикальное положение, что неудобно. Это неудобство вскоре было ликвидиро­вано путем помещения гироскопа в подшипниках, при­крепленных горизонтально к поплавку, находящемуся, например, в сосуде с водой. Этим достигли того, что гиро­

Скоп неизменно устанавливался по линии север — юг (рис. 32), т. е. гироскоп использовался как гиро­компас.

Однако история создания гирокомпаса не так проста и легка.

От теоретического предположения Л. Фуко до прак­тического претворения в жизнь его замечательной идеи прошел длительный период исканий и работ многих уче­ных, изобретателей и конструкторов. Постепенно, шаг за шагом решались отдельные элементы конструкции гиро­компаса.

Одним из серьезных препятствий для применения ги­роскопа в гирокомпасе было отсутствие источника энер­гии для вращения ротора с достаточной для этих целей скоростью. Обычно ротор приводили во вращение шну­ром, накрученным на его ось. Но таким способом трудно получить достаточно большую скорость и длительность вращения.

Впервые эта проблема была решена в 1865 г., когда в качестве ротора гироскопа использовали якорь электро­мотора постоянного тока.

Толчком к созданию гирокомпаса для морских судов послужил возникший в 1904 г. проект путешествия к Се­верному полюсу на подводной лодке. Для нее немецкий доктор Аншютц сконструировал гироскопический прибор, назвав его «азимутальным* волчком».

Испытания «азимутального волчка» не дали положи­тельных результатов: изобретатель неверно выбрал тип гироскопа.

Первым наиболее удачным гирокомпасом оказался прибор, созданный немецким специалистом Оскаром Мартинссеном в 1906 г. Однако и Аншютц после своей первой неудачи, отказавшись от «азимутального волчка», создал удовлетворительный для пользования гирокомпас (рис. 33). Скорость вращения роторов в этом гироскопе достигала двадцати тысяч оборотов в минуту. Такой ско­рости удалось достичь благодаря электромотору.

После Аншютца значительных успехов достиг амери­канец Элмер А. Сперри, запатентовавший осенью 1909 г. свой гирокомпас. Впоследствии гирокомпасы, успешно применяемые на кораблях, были усовершенствованы. Многое сделали в этом отношении и наши отечественные инженеры, конструкторы.

Несмотря на совершенство гирокомпаса, в авиации его не применяют вследствие большой погрешности при больших скоростях полета, фигурах высшего пилотажа,

Гирополукомпас — довольно удобный и надежный прибор для самолетов. Он может с достаточной степенью точности показывать правильный курс, причем на него не действуют болтанка, рысканье и другие резкие движе­ния самолета. Гирополукомпас обладает лишь одним недостатком: его показания оказываются точными в те­чение 10—15 минут, после чего их требуется сверять с магнитным компасом и, внеся исправление, вновь уве­ренно пользоваться в течение указанного срока.

Автоматизация работы по внесению исправлений в гирополукомпас достигнута и в гиромагнитном компасе. Для этого в нем имеется специальное корректирующее магнитное устройство.

Авиагоризонт, гирополукомпас, гиромагнитный ком­пас, указатель поворотов, автопилот — приборы, без ко­торых невозможен слепой полет. Все они прекрасно дей­ствуют благодаря быстро вращающемуся ротору гиро­скопа — волчку.

Можно было бы привести еще много примеров ис­пользования замечательного свойства быстро вращаю­щегося гироскопа — сохранять приданное ему направле­ние неизменным. Однако рассказанного достаточно, чтобы представить колоссальную важность и ценность этого замечательного прибора.

Не меньшее значение в технике имеет явление пре­цессии гироскопа, или так называемый гироскопический эффект. К рассказу о его проявлениях мы и перейдем.