Карданный компас
На материке летчики пользуются апериодическим компасом. Он вполне удовлетворяет пилота и штурмана. Отклонение картушки не превышает двух градусов в обе стороны.
Когда я попал в Арктику, меня поразило странное явление: картушка компаса отклонялась часто до 25°.
— Что у вас, компас пьян? — удивлялся я.
Но тот же компас на мороком корабле на тех же широтах ведет себя несравненно лучше. В чем дело? Я стал присматриваться к морскому компасу. Оказывается, весь секрет в том, что на корабле компас подвешен на карданах, а на самолете он жестко закреплен. Малейшее изменение положения самолета вызывает креповую девиацию компаса.
Жидкость в авиационных компасах более вязкая, чем в морских, где картушка свободно плавает в спирте. В морских компасах нет затухателей, которые установлены на авиационных для большей устойчивости картушки.
На авиационных, апериодических компасах картушка, отклонившись от меридиана, при возвращении не переходит через него. На морском, периодическом компасе картушка свободно колеблется по обе стороны меридиана.
На картушку — магнитную стрелку компаса — действуют две силы земного магнетизма: горизонтальная составляющая и вертикальная составляющая. Первая устанавливает картушку в горизонтальной плоскости земного магнетизма, вторая создает наклонение магнитной стрелки. В Москве, например, горизонтальная составляющая сила достаточно велика, чтобы держать стрелку более или менее устойчиво в плоскости магнитного меридиана. Сила вертикальной составляющей здесь совершенно ничтожна. На высоких широтах наблюдается обратная картина: сила горизонтальной составляющей настолько незначительна, что с трудом устанавливает стрелку на магнитном меридиане, зато вертикальная составляющая сила резко возрастает. Потому-то на магнитном полюсе стрелка становится вертикально.
На высоких широтах малейший крен самолета отражается на показаниях компаса. Стрелка под влиянием вертикальной составляющей силы начинает, как говорят, «плясать». Бэрд, Рисер-Ларсен, Эльсворт и другие полярные навигаторы после своих полетов в Арктику пришли к выводу, что магнитные компасы на больших широтах малопригодны. В свое время компас изрядно подвел Амундсена. Когда солнце скрылось за облаками и аэронавигаторы стали ориентироваться по магнитному компасу, дирижабль, вместо того чтобы подвигаться по прямой, сделал круг на одном месте.
О том, что стандартные магнитные компасы на севере отчаянно врут, знают все пилоты. Уже за 78-й параллелью ими пользоваться невозможно.
Значит ли это, что при полетах на высоких широтах магнитный компас совершенно бесполезен? Нет, не значит. Ни радиокомпас, ни солнечный компас, ни астрономическая ориентировка не могут полностью заменить магнитного компаса. Разве не известны случаи, когда радиокомпас выходил из строя, а определиться по светилам не было никакой возможности?
Рис. 7. Карданный периодический компас
Магнитный компас безусловно необходим — этого теперь никто не станет оспаривать, — но не апериодический.
Надо мною смеялись, когда в перелет на Землю Франца-Иосифа я взял два «шлюпочных» компаса. Однако пользоваться в полете пришлось не обычными авиационными компасами, а именно этими «шлюпочными». Они себя оправдали.
Как-то, воспользовавшись нелетной погодой, я занялся усовершенствованием авиационного компаса. Чтобы сделать его более чувствительным, дать возможность стрелке свободно вращаться, лигроин я заменил менее вязкой жидкостью — грозненским бензином. Вынув затухатель, я превратил компас в периодический. Установкой его на кардан удалось добиться резкого уменьшения креновой девиации.
Надо учесть еще одно обстоятельство, влияющее на поведение компаса, — индуктивные токи, которые появляются в проводах при включении умформера радиостанции. Все электрические приборы и провода рекомендуется убрать подальше от компаса.
Усовершенствованный компас оказал нам большую услугу при полете на Северный полюс. Показания компаса не расходились с показаниями других приборов. Впоследствии такие компасы были установлены на нескольких самолетах полярной авиации, и все они отлично работали. Чтобы не быть голословным, приведу выдержку из оперативного отчета самолета «Н-275» за 1939 год:
«Вся материальная часть работала прекрасно. Несколько странно вели себя магнитные компасы. На широте 79°00 и долготе 133°00 стрелки компасов «АН-4» «Кольсман» «гуляли» до ±55°, в то время как карданный компас «АН-4—А» вел себя более прилично, картушка уходила не более ±4–6°».
Определение магнитного склонения
Как уже говорилось, на высоких широтах стрелка магнитного компаса отклоняется от истинного меридиана значительно больше, чем на обычных широтах. Но как велико это отклонение? Как определить степень точности показания магнитного компаса?
В лабораторных условиях склонение определяется при помощи магнитных приборов. В полете такая проверка немыслима. Можно рекомендовать метод сравнения истинного азимута с магнитным пеленгом.
Для получения истинного азимута прежде всего определяется высота светила при помощи секстана.
Азимут светила определяется по формуле:
ctg A = cos φ tg δ cosec t — sin φ ctg t,
или
sin A = cos δ sin t sec hсч,
где A — азимут светила, φ — широта, δ — склонение светила, t— часовой угол светила, hсч — высота светила (расчетная).
Широту φ приближенно установить несложно, пользуясь счислением. Склонение светила о указано в астрономическом ежегоднике. Часовой угол светила t рассчитывается по часам.
Формула для определения истинного азимута — не что иное, как решение задачи об элементах сферического треугольника. При помощи мореходных таблиц определяются все элементы уравнения и выводится неизвестный нам А — азимут.
Теперь уже нетрудно выяснить магнитное склонение. Оно равняется истинному пеленгу минус магнитный пеленг, а истинный пеленг равен азимуту светила. Формулу магнитного склонения можно выразить так:
ΔМ = ИП — МП,
где МП и есть азимут светила
При работе в воздухе вводится поправка на девиацию.
Знание магнитного склонения дает возможность пользоваться магнитным компасом на любых широтах. В частности, этот метод помог нам найти папанинский лагерь.
Наибольшая трудность в вычислении магнитного склонения заключается в определении азимута светила. Не всегда это просто сделать. В районе Северного полюса мне приходилось сутками дежурить у секстана, чтобы улучить момент появления солнца из-за облака. Итак, магнитный компас, применение которого на высоких широтах многие считали невозможным, безотказно служил даже на Северном полюсе. Отсюда надо сделать вывод, что в аэронавигации нельзя пренебрегать ни одним из известных уже методов. Пользуясь комбинированным методом аэронавигации, контролируя один метод другим, штурман обеспечит полет точным курсом.
