В своих воспоминаниях о Великой Отечественной войне генерал Попель Н. К. так описал картину ориентирования на местности по карте ночью: «Штаб армии передислоцируется. В непроглядной темени колонну машин ведет Шалин, признанный специалист этого тонкого дела… Главное — не сбиться, оказаться к сроку в намеченном пункте, а не за тридевять земель от него. И уж конечно, не в лапах противника…
Михаил Алексеевич сгорбился возле водителя. На коленях у него карта, компас, запасные очки. Все это хозяйство вздрагивает на ухабах. Шалин придерживает его руками, не отводя взора от ветрового стекла…
Развилка. Шалин касается плеча водителя. Тот нажимает на тормоз. Михаил Алексеевич, кряхтя, выходит наружу, глядя на небо, наклоняясь к дороге: наша левая. Если Шалин ведет, можно не беспокоиться».
Колонну ведет «специалист тонкого дела», так называли раньше людей, умеющих ориентироваться на местности в любых условиях. И все же эти специалисты останавливали колонны, выходили из машин, осматривали внимательно окружающую местность, опознавали ориентиры II только после этого показывали нужную дорогу.
Конечно, карта — незаменимый проводник по незнакомой местности, с ней всегда можно найти верный путь и прибыть в заданный район. Но, к сожалению, при ориентировании по карте иногда приходится замедлять движение и даже останавливать машину, теряя драгоценное время, чтобы разобраться в окружающей обстановке.
Уверенно, безостановочно вести машину в требуемом направлении, в различных условиях видимости и при любом, даже резком несоответствии карты с местностью можно, оказывается, с помощью так называемых автоматических и полуавтоматических средств ориентирования. Эти устройства называют также навигационными приборами. Они оборудованы системой отчетных устройств, позволяющих в любой момент движения знать курс (дирекционный угол направления движения), пройденное расстояние, прямоугольные координаты, то есть все данные, необходимые для определения своего местонахождения на местности. Навигационная аппаратура, получившая широкое применение в сухопутных войсках, в значительной степени автоматизирует ориентирование и позволяет в любых условиях точно выходить в требуемый район.
В основе этой аппаратуры используется гироскоп. Этот прибор был создан французским физиком Фуко еще в 1852 году. Само слово «гироскоп» греческого происхождения и состоит из двух слов «гиро» — «вращение» и «скопо» — «наблюдаю», что обозначает наблюдение вращением. И действительно, работа гироскопических приборов основана на свойстве быстровращающегося волчка сохранять неизменным направление оси вращения в пространстве. Это свойство быстровращающегося тела давно заинтересовало ученых. Но теорию вращения тела впервые в 1765 году разработал член Российской Академии наук Л. Эйлер. Гироскоп сейчас нашел широкое применение в науке и технике, и особенно там, где нужно иметь постоянное и неизменное направление, независимо от движения предмета, на котором он установлен. Первым весьма ценным прибором, получившим широкое распространение в военно-морском флоте, стал гирокомпас, который обеспечил более надежное по сравнению с магнитным компасом показание курса корабля, особенно в высоких географических широтах.
В настоящее время гироскопы являются основными элементами приборов автоматического управления подводных и надводных кораблей, самолетов, ракет. С помощью гироуспокоителей стабилизируются (не колеблются) на океанской волне авианосцы. Это важно при взлете и посадке на них самолетов.
После второй мировой войны гироскопы начали применяться и в сухопутных войсках в качестве стабилизаторов танковых пушек, средств топогеодезической привязки к местности ракетных войск и артиллерии, а также в качестве приборов навигационной аппаратуры, обеспечивающих надежное ориентирование отдельных машин при движении по любой местности. Столь широкое применение гироскопов в технике объясняется наличием двух замечательных свойств: стабилизация и прецессия.
Рисунок 63
Прежде чем рассмотреть эти свойства, рассмотрим устройство гироскопа (рис 63). Маховик ротора гироскопа (1) свободно вращается во внутренней рамке (2) вокруг так называемой главной оси х. Внутренняя рамка (2) в свою очередь может свободно вращаться в наружной рамке (3) вокруг второй оси у, укрепленной на двух опорах. Наружная рамка (3) вместе с внутренней рамкой (2) и маховиком ротора (1) может поворачиваться вокруг третьей оси г, то есть относительно основания гироскопа.
Свойство стабилизации гироскопа проявляется в способности быстровращающегося ротора гироскопа (1) сохранять неизменным свое первоначальное положение главной оси в мировом пространстве. Раскрутившись со скоростью не менее 10 тысяч оборотов в минуту, этот ротор сохраняет свою главную ось вращения при любом повороте основания гироскопа.
Свойство прецессии проявляется в способности ротора гироскопа не изменять своего положения в направлении приложенной к нему силы. Так, если к внутренней рамке гироскопа (2) приложить силу то его главная ось не изменит своего положения в направлении приложенной силы, а будет постепенно поворачиваться вокруг оси г, как это показано на рисунке 64. Это прецессионное движение главной оси гироскопа вокруг оси z совершается до тех
пор, пока действует сила f. Уберем ее, и главная ось вернется в свое первоначальное положение. Это свойство гироскопа очень важно для сохранения неизменного направления вращения его вокруг главной оси.
Рисунок 64.
Итак, гироскоп может служить курсоуказателем, то есть указателем курса движущегося транспортного средства. Это основной прибор наземной навигационной аппаратуры. Его иногда называют также гирополукомпасом, так как главная ось вращения гироскопа сохраняет неизменное направление относительно земных ориентиров, но автоматически не входит в плоскость меридиана, как магнитная стрелка компаса; отсюда и название — гирополукомпас.
С помощью гирополукомпаса можно вести машину в требуемом направлении в любых условиях местности. Ориентирование с применением гирополукомпаса очень похоже на движение по азимутам: гирополукомпас используют вместо компаса, а расстояние до объекта измеряют не парами шагов, а километрами и метрами по спидометру машины.
Как же устроен гирополукомпас?
Как выдерживают с помощью его заданное направление движения? На наружной рамке гироскопа закрепляют шкалу и градируют ее в делениях угломера или в градусах. Гироскоп помещают в специальный корпус так, чтобы шкала была видна в окошке корпуса (закрытого стеклом), на котором закрепляется указатель (3) для отсчета делений по шкале (рис. 65). Так как шкала прибора сохраняет неизменное положение относительно местных предметов, а указатель жестко связан с корпусом прибора и, следовательно, с транспортным средством, то при повороте машины деления на шкале изменяются в соответствии с углом поворота. Поэтому, наблюдая положение указателя относительно шкалы, можно выдержать любое заданное направление движения.
Рисунок 65.
Изменения положения указателя относительно шкалы говорят о том, что машина отклонилась от заданного направления движения. Для восстановления прежнего направления движения машину надо поворачивать до тех пор, пока указатель не станет снова у прежней цифры на шкале. Так выдерживается заданное направление движения с помощью гирополукомпаса.
Вождение машин с гирополукомпасом чаще всего практикуют при преодолении рек под водой, при действиях ночью, в туман, в метель и в других случаях, когда ограничена видимость. Гирополукомпас можно также использовать при выдерживании маршрута на местности, весьма бедной ориентирами или подвергшейся значительным изменениям, когда ориентирование по карте путем ее визуального сличения с местностью затруднено.
Можно полностью автоматизировать ориентирование, то есть определять в каждый данный момент точку своего местонахождения (прямоугольные координаты и дирекционный угол направления оси машины) и вычерчивать на карте маршрут движения. Все это выполняет навигационная аппаратура с так называемым курсопрокладчиком.
Для того чтобы иметь представление об ее устройстве, рассмотрим математическую сущность работы такой аппаратуры. Допустим, что движение, машины начинается с какой-то точки А (рис. 66), координаты которой (ха у.л) известны. Через определенный момент времени машина переместится в точку В. Координаты нового положения машины будут:
Рисунок 66.
Приращения координат Ахг и Ауг можно определить через расстояние АВ, которое в общем случае обозначим ASU и дирекционный угол at. Математическая зависимость между ними, исходя из треугольника, выразится:
Подставляя данные выражения в формулы 3, мы получим координаты точки В:
Из этих формул видно, что для определения координат положения машины в любой данный момент необходимо знать координаты исходной точки, а затем с помощью счетно-решающего устройства непрерывно вводить текущее значение дирекционного угла и путь, пройденный машиной. В качестве датчика угла в навигационной аппаратуре используется курсоуказатель, который определяет углы поворота машины относительно заданного направления. Путь, проходимый машиной, можно определить суммарным числом оборотов ведущего колеса машины, радиус которого известен. Этот прибор, называемый датчиком пути, непрерывно подает в счетно-решающее устройство расстояние, пройденное машиной. Сюда же поступают и данные о дирекционном угле продольной оси транспортного средства. Счетно-решающее устройство автоматически определяет значение тригонометрических функций косинуса и синуса этого угла, умножает их на пройденное расстояние и прибавляет соответственно к координатам исходной точки.
Просуммировав с координатами исходной точки, счетно-решающее устройство подает текущие координаты на пульт управления в виде быстроменяющихся цифр, то есть на счетчики координат х и у. Кроме счетно-решающего устройства, в автоматических средствах ориентирования имеется и построительный механизм. В его задачу входит автоматически, в зависимости от изменения текущих координат, передвигать карандаш (через редукторное устройство) по карте, то есть прочерчивать путь в соответствии с вычисленными координатами. Если карандаш в построительном механизме установить на исходную точку машины по ее начальным координатам на карте, то при движении машины в соответствии с изменением ее координат точно в таком же соответствии будет изменяться и положение карандаша на карте. И так можно двигаться по местности до тех пор, пока карандаш не дойдет до какой-либо стороны рамки карты. В этом случае надо сделать остановку, заменить карту новым листом, установить начальные координаты, ввести их в счетно-решающее устройство и поставить карандаш на карту в точку, соответствующую точке нашего местонахождения.
Итак, автоматические средства ориентирования состоят из ряда агрегатов, к которым относятся: датчик пути, датчик дирекционного угла (курсоуказатель), счетно-решающее устройство с пультом управления и, наконец, построительный механизм, который иногда называют курсопрокладчиком.
Наличие навигационных приборов на машинах позволяет им точно и своевременно прибывать в заданные районы, в любых условиях видимости.
Другие статьи рубрики
Движение по азимутам
Подготовка данных для движения по азимутам
Порядок и техника движения по азимутам
Спортивное ориентирование