מגנטיות, כוונים ומצפן

:מגנטיות כדור הארץ

א. לכדור הארץ שני קטבים בצפון ושניים בדרום. הזוג האחד הינו נקודת החיתוך של ציר סיבוב כדור הארץ עם קליפתו ונקרא קוטב גאוגרפי

וכן גם קוטב אמיתי. השני הנו הקוטב המגנטי.

ב. מגנטיות כדור הארץ היא תוצר של ליבת המתכת של הכדור והיא הגורמת לו להתנהג כמגנט ענק, בעל קטבים וקווי שטף.

ג. זוג הקטבים בצפון – גאוגרפי ומגנטי וכן גם הזוג שבדרום, אינם חופפים. הקוטב המגנטי הצפוני נמצא בקו רוחב N70. קוטב המגנטי הדרומי, בקו רוחב S70.

הקטבים המגנטיים משנים מקומם ביחס לקטבים הגאוגרפיים ונעים במעגל לאורך קווי הרוחב הנ"ל. פרק הזמן הדרוש להם להקפה שלמה, 960 שנה.

שדה מגנטי - לכדור הארץ שדה מגנטי אשר קווי הכוח שלו (קווי שטף מגנטי), מחברים את הקוטב הצפוני עם הקוטב הדרומי

כיוון:

זוהי הזווית הנמדדת במעלות עם כיוון השעון יחסית לקו נתון.

על פני כדור הארץ הקו הנתון שלגביו מודדים כיוון הוא קו אורך גאוגרפי.

הכיוון מסומן בשלוש ספרות, לדוגמא:

כיוון מזרח נקרא 090.

כיוון דרום נקרא 180.

כיוון מערב נקרא 270.

כיוון צפון נקרא 000 או 360.

סוגי צפון

א. צפון אמיתי - הכיוון אל הקוטב האמיתי (הגאוגרפי). - True North

ב. צפון מגנטי - הכיוון אל הקוטב המגנטי.

ג. צפון מצפני - הכוון אליו מראה המצפן.

סוגי כווננים

א. כיוון אמיתי - זווית הנמדדת בין הצפון האמיתי (גאוגרפי) וציר האורך של המטוס, עם כיוון השעון.

ב. כוון מגנטי -זווית הנמדדת בין הצפון האמית והצפון המגנטי.

ג. כוון מצפני - הכוון שמראה המצפן אל הצפון המגנטי. למצפן יש סטיות שידונו מאוחר יותר. בשלב זה, כוון מצפני הנו ללא סטיות ושווה לכוון המגנטי.

נטיה מגנטית – Magnetic Variation

זוהי הזווית בין הצפון המגנטי והאמיתי/גאוגרפי. הנטייה משתנה ממקום למקום על פני הכדור.

איזוגונאל:

זהו קו דמיוני המחבר נקודות בעלות נטיה שווה על פני כדור הארץ ומסומנות על מפות אוויריות. בישראל עובר איזוגונל - E3.

אגונאל:

זהו קו דמיוני המחבר נקודות בעלות נטייה - אפס.

להלן מפה איזוגונאלים של נטיות - Variation עולמית

כיוון אמיתי - זווית הנמדדת בין הצפון האמיתי (גאוגרפי) וציר האורך של המטוס, עם כיוון השעון.

כיוון מגנטי - זווית הנמדדת בין הצפון המגנטי וציר האורך של המטוס, עם כיוון השעון

כוון מצפני - הכוון שמראה המצפן אל הצפון המגנטי, כולל סטיות מצפן. אם הסטיות = 0, הכוון המצפני = כוון מגנטי.

סימון הנטייה

אם הצפון המגנטי נמצא מזרחה מהצפון האמיתי, אזי הנטיה מזרחית ומסומנת: (+) E.

אם הצפון המגנטי נמצא מערבה מהצפון האמיתי, אזי הנטייה מערבית ומסומנת: (-) W.

הכיוונים אותם מראה המצפן המגנטי תלויים בכוונו האמיתי של המטוס ובנטייה המגנטית באזור הטיסה.

כאשר הנטייה היא מערבית, הכוון המצפני גדול מהאמיתי.

כאשר הנטייה היא מזרחית, הכוון המצפני קטן מהאמיתי.

הכיוונים הנמדדים על המפה הם אמתיים ואילו המצפן במטוס מראה כיוונים מגנטיים.

תכנון הטיסה מבוצע על מפה ונרשם עליה. הכיוונים במפה נמדדים יחסית לקווי האורך המסומנים עליה והם כיוונים אמתיים (על מפה קונית - הנושא יוסבר בפרק מפות). הכוון הנרשם הנו עבור הטייס ומאחר שהאמצעי לידיעת כוון המטוס הנו המצפן, הם חייבים להיות מגנטיים. ההפרש בין הכוון האמיתי והמגנטי הנו הנטייה האזורית ועל כן:

אם הנטייה מזרחית, נחסיר אותה מהכיוון האמיתי אם הנטייה מערבית, נוסיף לכיוון האמיתי.

West best East list

מגנטי = נטייה E – אמיתי מגנטי = נטייהW + אמיתי

תרגילים לדוגמא:

1) נתון: כיוון אמיתי - 190.

נטייה מגנטית - W9.

מהו הכיוון המגנטי ?

פתרון: נסמן על המעגל את הצפון האמיתי, נמדוד 190 מעלות מהצפון האמיתי ונסמן את הכיוון האמיתי. נמדוד 9 מעלות מערבית לצפון האמיתי ונסמן את הצפון המגנטי.

הכיוון המגנטי יהיה: 199 = 9 + 190.

נתון: כיוון מגנטי – 080.

נטייה מגנטית – E15.

מהו הכיוון האמיתי ?

פתרון: נסמן על מעגל את הצפון האמיתי, נמדוד 15 מעלות מזרחית לצפון האמיתי ונסמן את הצפון המגנטי.

נמדוד 080 מעלות מהצפון המגנטי ונסמן את הכיוון המגנטי.

הכיוון האמיתי יהיה: 095 = 15 + 080

המצפן

המצפן המגנטי

עקרון הפעולה של המצפן המגנטי מבוסס על תכונת המחט המגנטית לפנות אל הצפון המגנטי.

המחט המגנטית מונחת על דיסקה אשר בבסיסה ציר דק הנעוץ בתוך גומחה בראשו של חרוט קטום.

הדסקה ארוזה בקופסה בעלת חלון שקוף המופנה לכוון הטייס.

הקופסא מלאה בנוזל שקוף, אשר תפקידיו לשאת בחלק ממשקל הדסקה (חוק ארכימדס), לסכך תנועת הציר ולשכך תנודות הדיסקה בעת תמרוני המטוס וטלטלותיו.

על גבי החרוט מסומנים הכיוונים, כאשר הצפון מסומן בקו לבן ואילו כוונים ראשיים אחרים מסומנים באותיות W,E,S. כל 5 מעלות מסומנות בקו קצר וכל 10 מעלות מסומנות בקו ארוך. בכל 30 מעלות נרשם הכוון בשלוש ספרות. (לעתים בשתיים בלבד וזאת מחמת גודלו של המצפן).

טעויות המצפן - סטיות מצפניות

שקיעה מגנטית – Magnetic Inclination : הזוית שבין וקטור השדה המגנטי לבין האופק.

בתמונה שלהלן מוצגים קווי השטף המגנטי וניתן לראות כי בקטבים הם ניצבים לפני כדור הארץ ואילו בקו המשווה הם מקבילים לפני כדור הארץ. כך בדיוק תתנהג מחט המצפן. ככל שנתקרב לקוטב הצפוני ראשה ייטה מטה וזנבה מעלה. ככל שנתקרב לקוטב הדרומי, זנבה ייטה מטה וראשה מעלה. זו השקיעה המגנטית. כתוצאה, מרכז הכובד של מחט המצפן משנה מקומו על גבי המחט. מקו המשווה ודרומה יימצא צפונה לנקודת התלייה. מקו המשווה וצפונה יימצא דרומה לנקודת התלייה.

טעויות מצפון עקב מבנה המצפן וכוחות חיצוניים הפועלים עליו (תאוצה, תאוטה ופניה)

טעויות עקב תאוצה ותאוטה - מרכז הכובד של המחט המגנטית נמצא מאחורי נקודת התלייה שלה. בהאצה והאטה מרכז הכובד שואף להתמיד במצבו. כאשר ההאצה או ההאטה הן בכוון צפון או דרום, מרכז הכובד ונקודת התלייה מיושרים עם כוון תנועת ההאצה או ההאטה של המטוס ועל כן לא תופיע טעות קריאת כוון במצפן.

כאשר ההאצה או ההאטה הן בכוון מזרח או מערב, מרכז הכובד נמצא בניצב לתנועה וחרף ההאצה או האטה, שואף לשמור על מצבו.

כאשר ההאצה היא מערבה, קריאת הכוון תהייה צפונית יותר מהכיוון המגנטי.

כאשר ההאצה היא מזרחה, קריאת הכוון תהייה צפונית יותר מהכיוון המגנטי.

כאשר ההאטה היא מערבה, קריאת הכוון תהיה דרומית יותר מהכיוון המגנטי.

כאשר ההאטה היא מזרחה, קריאת הכוון תהיה דרומית יותר מהכיוון המגנטי.

טעויות כתוצאה מפניה - מאחר שמרכז הכובד מצוי מאחרי נקודת התלייה, מחט המצפן אינה אופקית אלא שוקעת לאחור.

בפנייה, המטוס פונה סביב נקודת התלייה של מחט המצפן ועל מרכז הכובד פועל הכוח הצנטרפוגלי הגורם לקצה הצפוני של מחט המצפן להתרומם ולזנבה לשקוע. המחט שואפת להימצא בניצב לגוף המטוס .

כתוצאה, בין שהפניה ימנית או שמאלית, כאשר המטוס בכוון מזרח או מערב, המחט הנטויה ביחס לגוף המטוס, מקבילה למישור הכנפיים. במצב זה אין הפרש בין הכוון המגנטי של המטוס ומחט המצפן.

בפניה ימנית לכיוון צפון - המחט המגנטית תוסט עם כיוון השעון עקב הכוח הצנטרפוגלי ותפגר אחר הכוון המגנטי של המטוס. קריאת המצפן תהייה מערבית יותר.

לדוגמה במקום כיוון 360 יופיע בחלון כיוון 355.

בפניה שמאלית - המחט המגנטית תוסט נגד כיוון השעון עקב הכוח הצנטרפוגלי ותקדים את הכוון המגנטי של המטוס. קריאת המצפן תהייה מזרחית יותר.

לדוגמה במקום כיוון 360 יופיע בחלון כיוון 005.

מתרשימי הפנייה שלעיל עולה שמטוס הנכנס לפניה אופקית מתואמת ימנית או שמאלית, המצפן שלו יגיב בתנועה גלית. לקראת ובכווני מזרח או מערב הוא ילך ויראה כוון תקין ואילו לקראת ובכווני צפון ודרום הוא יפגר או ימהר בהתאמה לסוג הפינה, ימנית או שמאלית.

לזיופי הכוון יש משמעות מעשית בכך שעל פי סוג הפניה - ימנית או שמאלית והכוון אליו פונים, הטייס נדרש לדעת האם להקדים כ - 5 מעלות ולהתיישר טרם השגת הכוון, או לאחר את ההתיישרות מהפניה כ - 5 מעלות.

:נסכם את תנועות המצפן בפניות ימניות ושמאליות בחצי הכדור הצפוני

סיכום תנועות מצפן בחצי הכדור הדרומי -הפוכות לאלו שבצפוני:

ב. סטית המצפן - Compass Deviation

כאשר נעמיד מטוס במקביל לקוי השטף המגנטים, המצפן לא בהכרח יראה כיוון צפון מדויק - 360. הסיבה לסטית מצפן זו היא השדה המגנטי הפנימי של המטוס הנוצר על ידי הגוף, המנוע ומערכות חשמל שונות המשנים את הכוחות המגנטיים וגורמים למצפן "לזייף".

בעת בניית המטוס משתדלים להקטין את סטית המצפן ככל האפשר, ובנוסף ניתן גם לאפס את המצפן במטוס במסגרת הטיפולים השגרתיים.

איפוס המצפן יבוצע כשבמטוס כל המערכות והציוד המצוי בו בטיסה רגילה. ישנם מספר מקרים שלאחריהם חובה לאפס את המצפן:

­ כאשר המטוס חדש.

­ כאשר מכניסים מצפן חדש.

­ לאחר החלפת חלקים במטוס כמו: מנוע, רדיו ועוד.

­ אחרי בקורת.

­ אחרי טיסה בסופת ברקים.

­ כאשר יש ספק ברמת הדיוק שלו.

הסטייה המרבית המותרת בתום האיפוס היא 4 מעלות.

מידת הסטייה של המצפן משתנה עם שינוי כיוון הטיסה היות והיא תלויה ביכולת האיפוס של המצפן.

צפון מצפני - הכיוון אליו מצביעה מחט המצפן כתוצאה מהשפעת השדה המגנטי של כדור הארץ והשדה המגנטי של המטוס.

כיוון מצפני - זווית הנמדדת בין הצפון שמראה המצפן (הצפון המצפני) לבין ציר האורך של המטוס, עם כיוון השעון.

סטייה - מוגדרת כזווית שבין הצפון המגנטי לצפון המצפני.

כאשר הצפון המצפני נמצא מזרחית לצפון המגנטי - הסטייה מזרחית ומסומנת: (+) E.

כאשר הצפון המצפני נמצא מערבית לצפון המגנטי - הסטייה מערבית ומסומנת: (-) W.

סטייה מצפנית הנה ההפרש שנותר לאחר איפוס המצפן בין הכוון המגנטי ללא השפעת גוף המטוס ובין הכוון שהמצפן מראה למעשה.

הסטייה המצפנית שונה בכל כוון ועל כן מצרפים למצפן המגנטי טבלה הצמודה לו ובה רשומות הסטיות המצפנייות בארבעת הכיוונים הראשיים – N, E, S, W.

הכוון המגנטי המבוקש נושא כותרת FOR – N, E, S, W ואילו הכוון המצפני על פיו נטוס נושא כותרת STEER ויירשם בשלוש ספרות.

לדוגמא : FOR N = STEER 005.

איפוס המצפן בכיוון אחד גורר סטייה בכיוון אחר ועל כן מבצעים תהליך איפוס חוזר ונשנה על מנת להגיע לאופטימום או הפשרה הטובה ביותר בכל הכיוונים. הסטיה המרבית המותרת בתום האיפוס היא 4 מעלות.

:נעצור לרגע על מנת לעשות סדר בדברים שלמדנו

הכרנו חמישה משתנים:

כיוון אמיתי - הכיוון אל הקוטב/צפון האמיתי (הגאוגרפי).

כיוון מגנטי - זווית הנמדדת בין הצפון המגנטי וציר האורך של המטוס, עם כיוון השעון.

כיוון מצפני - הכיוון אליו מצביעה מחט המצפן כתוצאה מהשפעת השדה המגנטי של כדור הארץ והשדה המגנטי של המטוס.

נטייה מגנטית - הזווית בין הצפון המגנטי לצפון האמיתי.

סטייה מצפנית - הזווית בין הצפון המצפני לצפון המגנטי.

כאשר ידועים לנו שלושה משתנים מתוך החמישה נוכל לחשב באמצעותם את השניים האחרים.

:אם הנתון הנדרש הנו הכוון המצפני

כוון אמיתי(W+/-E נטייה מגנטית)=כוון מגנטי(W+/-E סטייה מצפנית)=כוון מצפני

:אם הכוון הנדרש הנו הכוון האמיתי

כוון מצפני (W-/+E סטייה מצפנית) = כוון מגנטי (W-/+E נטייה מגנטית ) = כוון אמיתי

אם הכוון הנדרש הנו הכוון המגנטי:

סטייה מגנטית - כוון מצפני = כוון מגנטי

נתיב אמיתי – הזווית שבין הצפון האמיתי/גאוגרפי לנתיב שמבצע המטוס

נתיב אמיתי = כוון אמיתי±סחיפה

תרגילים לדוגמא:

1) נתון:

כיוון אמיתי - 226.

כיוון מגנטי - 235.

כיוון מצפני - 210.

מצא את הסטייה והנטייה.

פתרון:

א) נסמן את הצפון האמיתי.

ב) נמדוד 226 מעלות מהצפון האמיתי ונסמן את הכיוון האמיתי.

ג) נמדוד 235 מעלות מהכיוון האמיתי ונסמן את הצפון המגנטי.

ד) כעת נחשב את הנטיה: W9 = 235 - 226.

ה) נמדוד 210 מעלות מהכיוון האמיתי ונסמן את הצפון המצפני.

ו) כעת נחשב את הסטייה: E25 = 210 – 235

2) נתון:

כיוון מצפני - 330.

נטיה - E8.

סטיה - W4.

מצא את הכיוון המגנטי והכיוון האמיתי.

פתרון:

א) נסמן את הצפון המגנטי והכיוון האמיתי.

ב) נמדוד 8 מעלות מזרחית לצפון האמיתי ונסמן את הצפון המגנטי.

ג) נמדוד 4 מעלות מערבית לצפון המגנטי ונסמן את הצפון המצפני.

ד) מהצפון המצפני נמדוד 330 מעלות ונסמן את הכיוון המצפני.

ה) כעת כאשר שלושת "הצפונים" והכיוון המצפני מסומנים נחשב את הכיוונים:

כיוון מגנטי 326 = 4 - 330

כיוון אמיתי: 334 = 8 + 326

ישנה דרך נוספת המסתמכת על הזיכרון ובאמצעותה ניתן לפתור "בעיות כיוונים".

עלינו לרשום את הנתונים בצורה הבאה:

כאשר הנטיה/סטיה E, אזי המשתנה העליון גדול יותר, או לחילופין כאשר המשתנה העליון גדול יותר אזי הנטיה/סטיה היא - E.

כאשר הנטיה/סטיה W, אזי המשתנה העליון קטן יותר, או לחילופין כאשר המשתנה העליון קטן יותר אזי הנטיה/סטיה היא - W.

דוגמאות:

1. כיוון אמיתי 210.

נטייה מגנטית ?

כיוון מגנטי 205.

סטייה מצפנית ?

כיוון מצפני 207.

פיתרון: כיוון אמיתי (העליון) גדול מהכיוון המגנטי ולכן הנטיה המגנטית - E5.

כיוון מגנטי (העליון) קטן מהכיוון המצפני ולכן הסטייה המצפנית - W2.

2. כיוון אמיתי ?

נטיה מגנטית - W7.

כיוון מגנטי 278.

סטיה מצפנית - E3.

כיוון מצפני ?

פיתרון: הנטיה המגנטית - W7 ולכן כיוון אמיתי (העליון) קטן מהכיוון המגנטי 271 = 7 - 278.

מצפן ג'ירו

מצפן הג'ירו מבוסס על תכונתו של סביבון או דיסקה סובבת לשמור על כיוון צירו במרחב. (חוק ההתמדה).

על מנת שהדסקה הסובבת (בכוח מנוע חשמלי או מנגנון יניקת אוויר) תשמור מצבה במרחב חרף תנועת ותמרון המטוס, "תולים", אותה על מערכת בעלת שלושה צירים.

דסקת כיוונים הגלויה לעין הטיס במחוון המצפן מחוברת במצמד לדיסקה הסובבת.

בעוד המטוס על הקרקע, ישחרר הטייס את דסקת הכיוונים מהדסקה הסובבת ע"י לחיצת כפתור ויסובב דסקת הכיוונים עד שהכיוון שמראה יתאים לזה של המצפן המגנטי או כוון מסלול ההמראה עליו עומד רגע לפני עזיבת בלמים.

כאשר המטוס פונה ומשנה כוון, ישמר מצבה של דסקת הכוון במרחב ועל כן ישתנה הכוון הנראה לעין הטיס.

לכאורה אמורה הדסקה הסובבת לשמור מצבה משך כל הטיסה ועמה את דסקת הכיוונים , אלא שמחמת חיכוך וכן תמרונים חריפים,

יפעלו כוחות על הדסקה הסובבת ויגרמו לה "סחיפה" ואי דיוק בשמירת מצבה במרחב.

לפיכך על הטייס להשוות מעת לעת ובטיסה ישרה ואופקית, את הכוון במצפן הג'רו עם זה של המצפן המגנטי. הייה ויש הפרש, יתקן את הכוון במצפן הג'רו ויתאמו לזה של המגנטי, תוך שהוא לוקח בחשבון את הסטייה המצפנית.

בטיסה לטווחים ארוכים ישתנה מצבה של הדסקה ביחס לפני כדור הארץ וזאת משום ששומרת מצבה במרחב בעוד המטוס עוקב אחר פני כדור הארץ.

שינוי יחסי זה גורם כמובן לטעות כיוון ועל חובה על הטייס להתאים שוב ושוב את הכוון במצפן הג'ירו לזה של המצפן המגנטי.

מצפן ג'ירו משוכלל יותר הוא זה המחובר אל המצפן המגנטי ישירות. בהיווצר הפרש, יתבצע תיקון ללא התערבות הטיס.

עוד יותר משוכלל הוא זה, בעל התקן שנוי מצב דיסקה סובבת כך, שישמר מצבה היחסי – אופקי ביחס לכדור הארץ.

עבור מפות