Gyro kompas

Gyro kompas

Inleiding

Elk schip is voorzien van een magnetisch kompas.
Het grote voordeel is dat die het altijd doet.
Bijna alle schepen zijn daarnaast ook voorzien van een gyrokompas.
Het voordeel daarvan is dat ze nauwkeuriger zijn en minder last hebben van invloeden.

Tevens kun je het signaal van de gyro gebruiken voor allerlei apparatuur.
-Satcom
-ECDIS
-RADAR/ARPA
-GMDSS installatie.

-Tv/internet ontvangst.

Het principe van een gyrokompas

We hebben allemaal wel eens met een tol gespeeld.
Wanneer we de tol een zwiep geven draait hij eerst in cirkels die steeds kleiner worden waarna hij op een gegeven moment stil blijft staan op een vast punt.

Dit is het principe van de EERSTE TOLWET

 

Wanneer je de tol een tikje geeft, of je tilt de tafel een klein stukje op, dan vliegt de tol weg, gaat weer cirkels beschrijven en vindt ioteindelijk weer een vast punt waar hij blijft draaien.
 

Dit is het principe van de TWEEDE TOLWET

 

De eerste tolwet

De eerste tolwet luidt:

"Een sneldraaiende tol, met drie graden van vrijheid behoudt nadat het zijn rust punt gevonden heeft zijn vaste stand in de ruimte."


Deze tolwet is al zichtbaar bij een gewoon speelgoedtolletje.
Al heeft deze slechts twee graden van vrijheid:
-Een beetje verticaal. (Het asje kan 'zwengelen'.)
Ook de aarde is een tol (draait met een snelheid van 1670 km/h op de evenaar) en ook de aardas zwengelt een beetje.
-En horizontaal. (Het tafelblad)

Wat houdt het begrip "drie graden van vrijheid" nu precies in?
Het betekent dat de tol om zijn eigen, om de horizontale en de verticale as kan draaien.
Om de X, de Z én de Y as dus.
Dit begrip staat ook wel  bekend als gyroscoop.

In een gyrokompas zit ook een sneldraaiende tol.


Het is feitelijk een elektromotor die heel snel kan draaien en in zo'n gyroscoop geplaatst is.
Eenmaal op snelheid en, zoals dat heet, "ingeslingerd" is het zeer nauwkeurig en stabiel.

Inslingeren houdt in dat de tol na het starten op snelheid komt (tot wel 60.000 rpm!) en zijn vast punt in de ruimte opzoekt.
 


Daarbij schiet het kompas een paar keer door het vaste punt heen.
Eerst bijvoorbeeld naar rechts, dan terug naar links, dan weer terug naar rechts, maar een beetje minder, waarna hij weer een beetje minder naar links doorschiet en uiteindelijk bij zijn vaste punt uitkomt.
Hij beschrijft dus cirkeltjes in een baan van links naar rechts en terug.

Dit kan, afhankelijk van het merk van het kompas, enkele tientallen minuten duren tot wel een paar uur.
Daarom laat men het gyrokompas doorgaans gewoon 24/7 aan staan.
Tenzij het schip opgelegd wordt en het voor lange(re) tijd langs de kade blijft liggen.

Het punt waarop hij blijft rusten hoeft niet persé het noorden op de kompasroos te zijn.
Maar eenmaal in rust legt de fabrikant de kompasroos er zo op dat het noorden op de schijf naar het noorden op de aarde wijst.

Wanneer alles tot rust gekomen is, is het kompas "ingeslingerd".
Dit proces kunnen we versnellen door het kompas alvast in te stellen op de koers die het schip zo'n beetje voor ligt.

De tweede tolwet

De tweede tolwet luidt:

"Wanneer de tol door een van buitenaf komende kracht uit zijn russtand gebracht wordt, dan gaat de tol precessioneren waarna hij opnieuw zijn rustpunt moet zoeken."

 

Precessie: beweging die de draaias van een roterend voorwerp maakt onder invloed van een uitwendige kracht.

 

Ook met de speelgoedtol is dit weer goed aan te tonen.

Op het moment dat je de tol aanraakt schiet hij weg en vindt daarna zijn rustpunt weer terug.

Een gyrokompas is zeer nauwkeurig maar dit verschijnsel veroorzaakt toch enige fouten.
Dit kan vooral veroorzaakt worden door het veranderen van de snelheid.

Hier komen we later op terug.
 

Dempings- en richtsysteem

We hebben gezien dat een gyrotol van zichzelf een spiraalvormige baan beschrijft.
Zouden we hier niets aan doen dan gaat hij continu door met deze baan.
Daarom kunnen we de beweging stoppen door de tol een dempings- en richtingssysteem te geven.

Richtsysteem

Om te voorkomen dat de tol alddor maar doorgaat met die spiraalvorm gaan we een richtingssysteem aanbrengen op het huis van de tol.
Dat heet: "richtingszoekend maken".

De tol kan twee rinchtingen op draaien.
dat is afhankelijk van het merk, die het motortje van de tol linksom dan wel rechtsom laat draaien.

Door het moment dat de tol veroorzaakt wil een linksom draaiende tol een spiraal beschrijven die in het begin naar boven en naar het oosten wijst.
Dit kunnen we opvangen door bovenop de tol een gewichtje aan te brengen.
Wijst de tol boven de horizon naar het oosten dan zal het gewichtje ervoor zorgen dat de tol de andere kant op wil gaan.
En dat doet het ook als de tol onder de horizon komt en naar het westen wijst.
De tol is dan TOP HEAVY gecompenseerd.

Dit is overigens niet echt een brokje lood, ofzo.
Dat zou weer problemen veroorzaken als het schip slingert.
Met gebruikt daarvoor met olie gevulde communicerende vaten

Het kan ook zijn dat de tol onder de horizon en naar het oosten wijst.
Die beweging kunnen we opvangen door een gewichtje aan de onderkant van het tolhuis te bevestigen.
De tol is dan BOTTOM HEAVY gecompenseerd.

 

Dempingssysteem

De beweging boven en onder de horizon moet ook gecorrigeerd worden.
Dat doen ze met een dempingssysteem.
Daarvoor bestaan er ook weer twee manieren.

Verticale demping:
Bij een gyrotol die naar het oosten en omhoog draait wordt aan de westzijde van de tol een gewichtje aangebracht.
Net boven het horizontale vlak.
De precessie die dit veroorzaakt 'trekt' de tol weer naar beneden en naar het westen.

Horizontale demping
Dit wordt toegepast op bottom heavy gyro's.
Het is een ring dat gevuld is met speciale vloeistof.
In de ring zitten schotjes.
Draait de tol een bepaalde kant op, dan wil de vloeistof ook die kant op maar wordt door die schotjes afgeremd.
Daardoor ontstaat een tegengestelde kracht en wordt de beweging geremd.

Bij moderne gyrokompassen worden de bewegingen opgemerkt door sensoren die kleine motortje aansturen.
Deze motortjes noemen we torquers.

Bron: Navigational Instruments Gyro Compass. The Milennial Seafarers.




 

Fouten

Geen navigatieapparaat zo nauwkeurig of hij heeft wel last van  afwijkingen of fouten.
Zo ook het gyrokompas..

Hij is zeer nauwkeurig, een fout van een paar graden is al veel, maar er kan zeker een fout in zitten.
Deze fout bestaat uit een paar dingen.
- De instrumentsfout, en dus een instrumentscorrectie, IC
- De breedte fout, en dus de breedtecorrectie, BC
- De vaartfout, en dus de vaartcorrectie, VC

Samen vormen die de Totale Correctie, TC.

Een hele snelle manier om te constateren of er een fout in de gyro zit is AIS plots vergelijken met Radarplots.

 

De twee plots liggen dan niet netjes op elkaar.

Hoe komt dit?

De radar is gekoppeld aan het gyrokompas.
De radar "ziet" een een echo en zegt tegen de gyro "nu zie ik hem".
Dan vertelt de gyro op dat moment aan de radar op hoeveel graden hij hem ziet, in ons voorbeeld iets van 45°.
De radar gebruikt die peiling en zet die neer op de 45°, gerelateerd aan wat de gyro aangeeft.

De AIS plot komt echter op de plek waar de ECDIS hem plot.
En dat wordt bepaald door de informatie die de zender van het andere schip doorgeeft.
Dus de plek van de AIS antenne van het andere schip op de aardbol, wat hij bepaalt met behulp van de GPS.
De gyro wordt voor de AIS plot dus niet gebruikt.

Liggen de AIS plot en de RADAR plot niet op elkaar dan is er iets mis met de (uitlezing) van de gyro.
Je zult dan de gyro-uitlezing op de radar bij moeten stellen.
Dit kan eenvoudig middels een +/- knopje in het menu.
Is de vector van de AIS plot ook verschillend met die van de RADAR dan is er iets mis met de gyro van het andere schip.

Let op: Het moet wel zo zijn dat alle AIS plotjes op het scherm afwijken van die van de radar.
Is het er maar eentje dan is er iets niet goed aan boord van het andere schip.
(Soms hoor je walbegeleiding dat wel eens doorgeven aan een schip)

Een andere manier om te zien of er een foutje in zit is de RADAR overlay op de ECDIS aanzetten:


Hier zie je dat de N-lijke oever van de RADAR op het watergedeelte van de ECDIS ligt en de Z-lijke op het land.


En op dit voorbeeld ligt de gyro er wel heel erg uit.
De groene targets liggen veel te ZO-lijk van de AIS targets en het land is helemaal verdraaid.
Hier is iets goed mis met de gyro.

Maar er zijn dus nog andere fouten.
We gaan ze stuk voor stuk behandelen.

Instrumentscorrectie

Het gyrokompas werkt  op stroom die elektromotoren aandrijft.
De lagertjes van de motoren, de lagers van de gyroscoop, de weerstand in de bedrading enzovoorts, zorgen allemaal voor kleine fouten.
Deze fouten heeft de fabrikant al bepaald en kun je vinden in een bijgeleverd tabel of grafiek.

Deze fout is doorgaans niet heel erg groot.


 

vaartcorrectie

Ten gevolge van de tweede tolwet hebben we ook te maken met de vaartcorrectie.
Deze is te bereken met de formule:

                                 Vaartcorrectie (°)= V/10​⋅sin(K)⋅tan(ϕ)

 

Waarin:

V = snelheid van het schip
K = voorliggende Koers
ϕ= Breedte van de positie.

Deze correctie kan best aanzienlijk zijn.

Voorbeeld:

  • Snelheid: 20 knopen

  • Koers: 090°

  • Breedtegraad: 60°N

 

 

Vaartcorrectie=2010⋅sin⁡(90°)⋅tan⁡(60°)≈2⋅1⋅1.732=3.46°\text{Vaartcorrectie} = \frac{20}{10} \cdot \sin(90°) \cdot \tan(60°) \approx 2 \cdot 1 \cdot 1.732 = 3.46°

→ Het gyrokompas wijst ongeveer 3,5° te veel naar het oosten.

 

 

Breedtecorrectie

Van de eerste tolwet weten we dat de gyrotol een vaste stand aanneemt in de ruimte.
Dit doet hij ten opzichte van de horizon.

Zoals je weet is de aarde geen vaste massa, maar een bol vloeistof met een korst eromheen.
Door de draaisnelheid van de aarde (+/- 1600 km/u) wordt die "vloeistof" met middelpunt vliedende kracht naar buiten geslingerd.
De aarde is daarmee een oblate spheroide, zoals dat heet, een beetje een mandarijnvorm.

Dus zal de aarde op de evenaar van O naar W iets breder zijn dan op de polen van N naar Z.

Evenaarsstraal (a)                               6.378,137 km                Van het middelpunt tot de evenaar
Polenstraal (b)                                     6.356,752 km                Van het middelpunt tot de polen
Verschil tussen beide                       ≈ 21,385 km                    De aarde is aan de polen "platgedrukt"

Het is op die grote aardbol gezien maar een klein verschilletje, maar genoeg om voor fouten te zorgen .

Als we die afplatting sterk overdrijven zien we dat op de evenaar de beide horizonnen mooi over elkaar heen liggen en op hogere breedte deze van elkaar af gaan.
De tweede tolwet zegt dat in zo'n geval de tol gaat precessioneren.
En dus krijgen we een fout.

Dat blijkt uit de formule:
 

                           Breedtecorrectie (°)=Ω⋅sin(ϕ)
Waarin geldt:

  • = precessiesnelheid van het gyrokompas (° per uur) (wordt bijgeleverd in de gegevens van het kompas)
    ➤ Wordt bepaald door het ontwerp van het kompas (bijv. 15°/uur is gebruikelijk)

  •  

  •  

  • ϕ\phi = breedtegraad (in graden, + voor noord, – voor zuid)

  • De correctie is in graden (°)

Uit deze formule blijkt ook dat de correctie op de Evenaar 0° is (sin 0° is 0) en dat de correctie op de polen maximaal is. (sin 90° is1)

Bij moderne gyrokompassen hoef je dit niet uit te rekenen.
Er zit een klein computertje in die aangesloten is op de GPS, dus die correctie kan hij te allen tijde voor je uitrekenen en gelijk toepassen.
Dat geldt overigens ook voor de vaartcorrectie, want de GPS bepaalt immers ook de vaart.


Er zijn echter merken, zoals Anschütz en Sperry (foto) die zo goed zijn gebouwd dat ze nu nog steeds dienst doen, en daar zal je dit nog zelf moeten doen.>
(Tenzij er een correctiecomputer in de navigatiedesk is ingebouwd. Dat kan ook.)

 


 

Totale correctie

Al de voorgaande fouten vormen samen de Totale Correctie (TC).

Dat kan dus heel wat gereken opleveren.
Daarom is het van belang, en slim, om in de haven voor vertrek even de gyrokoers te vergelijken met de richting van de kade.
Dan moet het schip natuurlijk wel strak in de trossen en langs de kade liggen.
Anders klopt het niet.

Kom je er op zee pas achter dat er iets niet klopt met het gyrokompas dan kun je de fout nog steeds redelijk makkelijk bepalen.

Dat kan door een azimut te nemen op de zon, of door een peiling te nemen op twee punten.
Uiteraard kun je ook een peiling nemen op een vast punt en die vergelijken met de peiling in de ECDIS, maar die zal net wat minder nauwkeurig zijn omdat het schip vaart.
Je krijgt dan een verschil in peiling op de RADAR (GP) en de peiling in de kaart (WP)

  • Het arrangement Gyro kompas is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Menno Jacobs
    Laatst gewijzigd
    2025-06-30 15:25:47
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Werking van een Gyrokompas en fouten die daarbij kunnen optreden.
    Leerniveau
    MBO, Niveau 2: Basisberoepsopleiding; MBO, Niveau 3: Vakopleiding; MBO, Niveau 4: Middenkaderopleiding;
    Leerinhoud en doelen
    Loopbaan; Werkexploratie;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Studiebelasting
    4 uur 0 minuten

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van