Die Erde ist ein riesiger Magnet, der sich im Raum dreht und von einem Magnetfeld umgeben ist, das aus unsichtbaren Flusslinien besteht. Diese Linien verlassen die Oberfläche am magnetischen Nordpol und treten am magnetischen Südpol wieder ein.
Linien des magnetischen Flusses haben zwei wichtige Eigenschaften: Jeder Magnet, der sich frei drehen lässt, wird mit ihnen ausgerichtet, und ein elektrischer Strom wird in jeden Leiter induziert, der über sie schneidet. Die meisten in Flugzeugen installierten Richtungsanzeiger nutzen eine dieser beiden Eigenschaften.
7.3.1 Magnetkompass #
Eines der ältesten und einfachsten Instrumente zur Richtungsanzeige ist der Magnetkompass. Es ist auch eines der grundlegenden Instrumente, die in Titel 14 des Code of Federal Regulations (14 CFR) Teil 91 sowohl für den VFR- als auch für den IFR-Flug erforderlich sind.
Ein Magnet ist ein Material, normalerweise ein Eisen, das eisenhaltiges Metall anzieht und hält. Unabhängig von der Größe hat jeder Magnet zwei Pole: Nord und Süd. Wenn ein Magnet in das Feld eines anderen gelegt wird, ziehen sich die ungleichen Pole an und stoßen wie Pole ab. Ein Flugzeugmagnetkompass hat zwei kleine Magnete, die an einem Metallschwimmer befestigt sind, der in einer Schüssel mit klarem Kompassflüssigkeit wie Kerosin versiegelt ist. Eine abgestufte Skala, die als Karte bezeichnet wird, wird um den Schwimmer gewickelt und durch ein Glasfenster mit einer Schmierlinie darüber gesehen. Die Karte ist mit Buchstaben markiert, die die Kardinalrichtungen, Nord, Ost, Süd und West darstellen, und einer Zahl für jede 30 ° zwischen diesen Buchstaben. Aus diesen Richtungen wird die endgültige „0“ weggelassen. Zum Beispiel 3 = 30 °, 6 = 60 ° und 33 = 330 °. Zwischen den Buchstaben und Zahlen befinden sich lange und kurze Graduierungen, wobei jede lange Markierung 10° und jede kurze Markierung 5° darstellt.
Die Schwimmer- und Kartenbaugruppe hat in der Mitte einen gehärteten Stahlzapfen, der in einem speziellen, federbelasteten, harten Glas aus Hartglas fährt. Der Auftrieb des Schwimmers nimmt den größten Teil des Gewichts vom Drehpunkt ab, und die Flüssigkeit dämpft die Schwingung des Schwimmers und der Karte. Diese Juwelen- und Schwenkbefestigung ermöglicht es dem Schwimmer, sich bis zu einem Winkel von ca. 18° zu drehen und zu neigen. Bei steileren Uferwinkeln sind die Kompassanzeigen unberechenbar und unvorhersehbar.
Das Kompassgehäuse ist voll mit Kompassflüssigkeit. Um Beschädigungen oder Leckagen zu vermeiden, wenn sich das Fluid mit Temperaturänderungen ausdehnt und zusammenzieht, wird die Rückseite des Kompassgehäuses mit einer flexiblen Membran oder einem Metallbalg in einigen Kompassen abgedichtet.
Die Magnete richten sich auf das Erdmagnetfeld aus und der Pilot liest die Richtung auf der Skala gegenüber der Holzlinie. Beachten Sie, dass der Pilot in Abbildung 7-31 die Kompasskarte von der Rückseite sieht. Wenn der Pilot nach Norden fliegt, wie der Kompass zeigt, ist der Osten rechts von den Piloten. Auf der Karte „33“, die 330 ° (westlich von Norden) darstellt, befindet sich rechts vom Norden. Der Grund für diese scheinbare Rückwärtsteilung ist, dass die Karte stationär bleibt und das Kompassgehäuse und der Pilot sie umdrehen und die Karte immer von der Rückseite aus betrachten.
Eine oben oder unten am Kompass montierte Kompensatoranordnung ermöglicht es einem Luftfahrtwartungstechniker (AMT), ein Magnetfeld im Kompassgehäuse zu erzeugen, das den Einfluss lokaler äußerer Magnetfelder aufhebt. Dies wird durchgeführt, um den Abweichungsfehler zu korrigieren. Die Kompensatoranordnung hat zwei Wellen, deren Enden Schraubendreherschlitze haben, die von der Vorderseite des Kompasses zugänglich sind. Jede Welle dreht ein oder zwei kleine Ausgleichsmagnete. Das Ende einer Welle ist mit E-W gekennzeichnet, und seine Magnete wirken sich auf den Kompass aus, wenn das Flugzeug nach Osten oder Westen gerichtet ist. Die andere Welle ist mit N-S gekennzeichnet und ihre Magnete beeinflussen den Kompass, wenn das Flugzeug nach Norden oder Süden zeigt.
7.3.2 Magnetkompassinduzierte Fehler #
Der Magnetkompass ist das einfachste Instrument im Panel, aber er unterliegt einer Reihe von Fehlern, die berücksichtigt werden müssen. Variation: Die Erde dreht sich um ihre geografische Achse; Karten und Diagramme werden mit Meridianen von Längengraden gezeichnet, die durch die geografischen Pole verlaufen. Von den geografischen Polen gemessene Richtungen werden als wahre Richtungen bezeichnet. Der magnetische Nordpol, zu dem der magnetische Kompasspunkt nicht mit dem geografischen Nordpol zusammengehängt ist, ist etwa 1.300 Meilen entfernt; Von den Magnetpolen gemessene Richtungen werden als magnetische Richtungen bezeichnet. In der Luftnavigation wird der Unterschied zwischen wahren und magnetischen Richtungen als Variation bezeichnet. Der gleiche Winkelunterschied bei Vermessung und Landnavigation wird als Deklination bezeichnet.
Abbildung 7-32 zeigt die isogonischen Linien, die die Anzahl der Variationsgrade in ihrem Bereich identifizieren. Die Linie, die in der Nähe von Chicago verläuft, heißt Agonic Line. Überall entlang dieser Linie sind die beiden Pole ausgerichtet, und es gibt keine Variation.
Fliegen in der Gegend von Washington, DC, zum Beispiel beträgt die Variation 10 ° West. Wenn ein Pilot einen echten Südkurs (180°) fliegen möchte, muss die Variation hinzugefügt werden, was zu einem magnetischen Kurs von 190° zum Fliegen führt. Fliegen in der Gegend von Los Angeles, Kalifornien, ist die Variation 14° östlich. Um dort einen echten Kurs von 180 ° zu fliegen, müsste der Pilot die Variation abziehen und einen magnetischen Kurs von 166 ° fliegen. Der Variationsfehler ändert sich nicht mit der Position des Flugzeugs; Es ist überall entlang der isogonischen Linie das gleiche. Abweichung: Die Magnete in einem Kompass richten sich nach jedem Magnetfeld aus. Lokale Magnetfelder in einem Flugzeug, die durch elektrischen Strom, der in der Struktur fließt, in der Nähe der Verkabelung oder eines magnetisierten Teils der Struktur verursacht wird, widersprechen dem Erdmagnetfeld und verursachen einen Kompassfehler, der als Abweichung bezeichnet wird.
Abweichungen unterscheiden sich im Gegensatz zu Variation auf jeder Überschrift, werden jedoch nicht vom geografischen Standort beeinflusst. Variationsfehler können nicht reduziert oder geändert werden, aber der Abweichungsfehler kann minimiert werden, wenn ein AMT die Wartungsaufgabe ausführt, die als „Kompass schwingen“ bezeichnet wird.
Die meisten Flughäfen haben eine Kompassrose, eine Reihe von Linien, die auf einer Rampe oder einem Wartungsauflauf markiert sind, in dem keine magnetischen Störungen auftreten. Linien, die nach Norden orientiert sind, sind alle 30 ° gestrichen, wie in Abbildung 7-33 gezeigt.
Der AMT richtet das Flugzeug auf jeder Magnetrichtung aus und stellt die Ausgleichsmagnete ein, um die Differenz zwischen der Kompassanzeige und der tatsächlichen Magnetrichtung des Flugzeugs zu minimieren. Jeder Fehler, der nicht entfernt werden kann, wird auf einer Kompasskorrekturkarte wie in Abbildung 7-34 aufgezeichnet und in einem Karteninhaber in der Nähe des Kompasses platziert. Der Pilot kann das Flugzeug zur Kompassrose rollen und das Flugzeug zu den vom AMT vorgeschriebenen Überschriften manövrieren; Allerdings kann nur der AMT den Kompass einstellen oder die Kompasskorrekturkarte vervollständigen.
Die Korrekturen für Variation und Abweichung müssen in der richtigen Reihenfolge angewandt werden, beginnend mit dem gewünschten Kurs. Schritt 1: Bestimmen Sie den magnetischen Kurs. Echter Kurs (180°) ± Variation (+10°) = magnetischer Kurs (190°).
Der magnetische Verlauf (190°) wird gesteuert, wenn kein Abweichungsfehler anliegt. Schritt 2: Bestimmen Sie den Kompasskurs. Magnetverlauf (190°) ± Abweichung (–2°, von Korrekturkarte) = Kompasskurs (188°). Um einen echten Kurs von 180 ° zu steuern, würde der Pilot daher einen Kompasskurs von 188 ° folgen.
Um den wahren Kurs zu finden, der geflogen wird, wenn der Kompasskurs bekannt ist: Kompasskurs ± Abweichung = magnetischer Kurs ± Variation = wahrer Kurs. Dip-Fehler: Es wird angenommen, dass die Linien des magnetischen Flusses die Erde am magnetischen Nordpol verlassen und am magnetischen Südpol eintreten. An beiden Stellen stehen die Linien senkrecht zur Erdoberfläche. Am magnetischen Äquator, der sich zwischen den Polen befindet, sind die Linien parallel zur Oberfläche. Die Magnete in einem Kompass richten sich mit diesem Feld aus und tauchen oder neigen in der Nähe der Pole den Schwimmer und die Karte. Der Schwimmer ist mit einem kleinen tauchkompensierenden Gewicht ausgeglichen, um die Auswirkungen des Eintauchens beim Betrieb in den mittleren Breiten der nördlichen Hemisphäre zu dämpfen. Dieses Eintauchen (und Gewicht) verursacht zwei sehr auffällige Fehler: nördlicher Drehfehler und Beschleunigungsfehler.
Das Ziehen der vertikalen Komponente des Erdmagnetfeldes verursacht einen Nord-Drehfehler, der auf einer Nord- oder Südseite sichtbar wird. Wenn ein Flugzeug, das auf einer Nordspitze fliegt, eine Richtung nach Osten abbiegt, biegt das Flugzeug nach rechts ab und die Kompasskarte neigt sich nach rechts. Die vertikale Komponente des Erdmagnetfeldes zieht das nordsuchende Ende des Magneten nach rechts, und der Schwimmer dreht sich, wodurch sich die Karte nach Westen dreht, wobei die Richtung entgegen der Richtung der Abbiegung erfolgt. [Figure 7-35]
Wenn die Kurve von Nord nach West erfolgt, biegt das Flugzeug nach links und die Kompasskarte neigt sich auf der linken Seite nach unten. Das Magnetfeld zieht am Ende des Magneten, wodurch sich die Karte nach Osten dreht. Diese Anzeige steht wieder entgegen der Richtung, in die die Wende gemacht wird. Die Regel für diesen Fehler lautet: Beim Starten einer Kurve von einer nördlichen Überschrift bleibt die Kompassanzeige hinter der Kurve zurück.
Wenn ein Flugzeug auf einer Richtung nach Süden fliegt und eine Richtung nach Osten beginnt, zieht das Erdmagnetfeld am Ende des Magneten, das die Karte nach Osten dreht, in der gleichen Richtung, in der die Kurve gedreht wird. Wenn die Kurve von Süden nach Westen erfolgt, beginnt der Magnetzug, die Karte nach Westen zu drehen – wieder in der gleichen Richtung, in der die Kurve ausgeführt wird. Die Regel für diesen Fehler lautet: Beim Starten einer Kurve von einer südlichen Überschrift führt die Kompassanzeige die Kurve.
Beim Beschleunigungsfehler bewirkt das Eintauchkorrekturgewicht, dass das Ende des Schwimmers und die mit N (dem Süd-Suchende) markierte Karte schwerer ist als das gegenüberliegende Ende. Wenn das Flugzeug auf einer Richtung von Ost oder West mit konstanter Geschwindigkeit fliegt, ist der Schwimmer und die Karte eben. Die Auswirkungen des magnetischen Eintauchens und des Gewichts sind ungefähr gleich. Beschleunigt das Flugzeug auf einer Richtung des Ostens [Figure 7-36]Die Trägheit des Gewichts hält das Ende des Schwimmers zurück und die Karte dreht sich nach Norden. Sobald sich die Geschwindigkeit des Flugzeugs stabilisiert, schwingt die Karte zurück zu ihrer Ostanzeige. Wenn das Flugzeug beim Fliegen auf dieser östlichen Überschrift abbremst, bewirkt die Trägheit, dass sich das Gewicht vorwärts bewegt und die Karte nach Süden dreht, bis sich die Geschwindigkeit wieder stabilisiert.
Beim Fliegen auf der Westseite passieren die gleichen Dinge. Eine Mnemonik für die Wirkung von Beschleunigungsfehlern ist das Wort „ands“ (Beschleunigung – Norden, Verzögerung – Süd). Beschleunigung verursacht eine Anzeige nach Norden; Die Verzögerung verursacht einen Hinweis nach Süden.
7.3.3 Oszillationsfehler #
Die Oszillation ist eine Kombination aller anderen Fehler und führt dazu, dass die Kompasskarte um den Kurs herum schwingt. Wenn Sie die Gyroskop-Kursanzeige so einstellen, dass sie mit dem Magnetkompass übereinstimmt, verwenden Sie die durchschnittliche Anzeige zwischen den Schaukeln.
7.3.4 Der Magnetkompass der vertikalen Karte #
Der schwimmende Magnet-Kompass hat nicht nur alle gerade beschriebenen Fehler, sondern bietet sich auch für verwirrte Lektüre an. Es ist einfach, eine Kurve in die falsche Richtung zu beginnen, da die Karte rückwärts erscheint. Der Osten ist auf dem, was der Pilot als Westseite erwarten würde. Der Magnetkompass der vertikalen Karte eliminiert einige Fehler und Verwirrung. Das Zifferblatt dieses Kompasses wird mit Buchstaben, die die Kardinalrichtungen darstellen, alle 30 ° und die Häkchen alle 5 ° abgestuft. Das Zifferblatt wird durch einen Satz von Zahnrädern vom wellenmontierten Magneten gedreht, und die Nase des symbolischen Flugzeugs auf dem Instrumentenglas repräsentiert die Holzlinie zum Ablesen der Position des Flugzeugs vom Zifferblatt. Wirbelströme, die in einen Aluminiumdämpfungsbecher induziert werden, feuchten oder verringern die Oszillation des Magneten. [Figure 7-37]
7.3.5 Lags oder Leads #
Beim Starten einer Kurve von einem nördlichen Kurs bleibt der Kompass hinter der Kurve zurück. Beim Starten einer Kurve von einer südlichen Richtung führt der Kompass die Kurve.
7.3.6 Wirbelstromdämpfung #
Die verringerte Amplitude von Oszillationen durch die Wechselwirkung von Magnetfeldern. Bei einem vertikalen Kartenkompass erzeugt der Fluss des oszillierenden Permanentmagneten Wirbelströme in einer Dämpfungsscheibe oder einem Becher. Der von den Wirbelströmen erzeugte Magnetfluss wirkt dem Dauermagneten entgegen und verringert die Schwingungen.
