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GIROBUSSOLA

La girobussola viene utilizzata per i seguenti tre vantaggi:

a) La forza direttiva dell’elemento sensibile è anche 150 volte maggiore di quella dell’ago magnetico
b) Sulla girobussola si leggono prore vere e rilevamenti veri; non vi è quindi bisogno alcuno di correzione, le indicazioni date possono essere senz’altro riportate sulla carta, con notevole economia di tempo e maggiore praticità:
c) Possibilità di portare l’indicazione della rotta nei vari punti della nave (timoneria, ali di plancia, stazioni di governo di riserva ecc.)



Infatti, a bordo esiste una sola girobussola vera e propria detta girobussola madre, situata in un locale apposito, protetto, sottocoperta al centro della nave: da essa, mediante circuiti elettrici, l’indicazione della rotta viene inviata alle ripetitrici situate nei vari punti della nave. In plancia, davanti alla ruota del timone, ed accanto alla bussola magnetica, è sistemata una ripetitrice della girobussola che serve appunto per il governo.

Girobussole
Il loro sviluppo e diffusione risalgono ai primi decenni del secolo scorso. Per il costo abbastanza elevato, sono impiegate soprattutto su navi e imbarcazioni da pesca o da diporto di maggior valore e tonnellaggio, ove si può contare su una maggiore stabilità di piattaforma e disponibilità di alimentazione elettrica sicura e stabile. Data la vitale importanza del dato di prora e per il fatto che la girobussola, come tutte le apparecchiature di maggiore complessità, non è esente da possibilità di avaria, le navi sono spesso dotate per sicurezza di una seconda girobussola. In ogni caso è obbligatoria la disponibilità di una bussola magnetica (di riserva), vista la quasi impossibilità d'avaria, la sua robustezza e la sua indipendenza dall'alimentazione elettrica di bordo. La girobussole sono generalmente installate in prossimità del centro di carena, quindi in basso sotto la linea di galleggiamento, a centro nave, per rendere minime le influenze sul loro funzionamento, dovute alle accelerazioni longitudinali/laterali/verticali dei moti di rollio e beccheggio.

4. RIPETITORI DI GIROBUSSOLA

Come detto sopra, la girobussola non è installata in posizione comoda per le esigenze della plancia e di altri servizi.
Per questo motivo il dato di prora istantanea, misurato dalla girobussola, è trasmesso per mezzo di una rete dedicata (analogica o digitale) ad una serie di ripetitori di girobussola, dedicati al governo della nave e alla condotta della navigazione (alette di plancia, timoneria, stazione di governo di emergenza, varie strumentazioni di calcolo, ecc). I ripetitori posizionati sulle alette di plancia sono impiegati soprattutto per il controllo della navigazione. La loro posizione rispetto alle sovrastrutture, consente un ampio campo di osservazione in tutte le direzioni e rende possibile misurare i rilevamenti di punti cospicui esterni, segnalamenti marittimi e navi in avvicinamento. I ripetitori di girobussola sono nella maggior parte dei casi costituiti da: • un robusto involucro esterno stagno, di forma cilindrica, sulla cui faccia inferiore si nota il bocchettone di ingresso del cablaggio che lo collega con la girobussola madre. La faccia superiore è costituita da una corona periferica,graduata da 0° a 360° in senso orario, che contiene un coperchio in vetro spesso, attraverso il quale si può leggera la rosa graduata interna. La tacca dello "zero" corrisponde all'orientamento dell'asse longitudinale della nave. • al suo interno sono contenuti i servo meccanismi capaci di muovere con precisione la rosa graduata interna, "ripetendo", rispetto ad una linea di fede fissa coincidente con lo zero della corona graduata esterna, il valore di la prora istantanea rilevata dalla girobussola madre. La linea immaginaria centro della rosa - linea di fede rappresenta l'asse longitudinale della nave ed è parallela all'analoga linea immaginaria interna alla girobussola madre. La rosa, asservita alla girobussola madre, è graduata da 0° a 360° in senso orario; lo zero corrisponde alla direzione del Nord. Per consentire una maggiore precisione delle letture, all'interno della rosa graduata, vi è un'ulteriore rosa graduata, ad essa concentrica, suddivisa da 0° a 10° che compie un giro completo ogni 10° di variazione della Prora con rapporto 36:1. La rosa del ripetitore, asservita alla girobussola madre, varia la sua posizione rispetto alla linea di fede seguendo fedelmente le variazioni di prora della nave. Se la nave ha la prora orientata verso Nord, lo zero della rosa sarà posizionato in corrispondenza della linea di fede e la lettura sarà "zero". Nel caso della figura successiva la lettura della prora è 209°,8 come indicato dalla linea di fede rappresentata dalla sottile linea nera verticale. Se la nave accosta a dritta di 90° verso Est (senso orario), la rosa ruota all'interno del ripetitore in senso antiorario e segue costantemente la rotazione della nave, fermandosi con l'indicazione di 299°,8 in corrispondenza della linea di fede. Continuando l'accostata a dritta fino a Est, la rosa continuerà a ruotare in senso antiorario fino a che l'indicazione di 090° si troverà in corrispondenza della linea di fede. Qualsiasi prora intermedia darà un'indicazione corrispondente sulla rosa rispetto alla linea di fede. Accostando a sinistra, vedremo la rosa graduata muoversi in senso orario rispetto alla linea di fede ed anche in questo caso potremo leggere sulla rosa, in corrispondenza della linea di fede, la prora istantanea della nave.
Guardando dal centro della rosa graduata verso l'indicazione 000° si avrà costantemente l'indicazione della direzione del Nord. In pratica possiamo immaginare che la rosa sia fissa nello spazio, con il suo "zero" costantemente orientato verso il punto cardinale Nord, mentre la nave, materializzata dalla linea di fede, le ruota intorno al variare della prora. Intuitivamente il timoniere, osservando la graduazione sulla rosa, governa la nave in modo da far spostare la linea di fede (che rappresenta la nave) verso la "prora ordinata" ed una volta raggiuntala, può seguirla mantenendo la linea di fede sul valore di prora con minime correzioni del timone. La prora girobussola viene inviata anche ad altri apparati di bordo, che utilizzano tale dato per il calcolo di altre grandezze fisiche, la cui misura è influenzata dalle variazioni di prora della nave. In particolare il dato di prora girobussola viene trasmesso ai sistemi di rappresentazione dei radar di bordo, in modo da poter disporre di una rappresentazione delle "risposte" del radar sempre riferita al Nord, indipendentemente dalla prora assunta dalla nave.

7. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DELLA GIROBUSSOLA:

Per chi vuol saperne di più ecco una descrizione intuitiva del principio di funzionamento della girobussola.



Un girostato in rotazione ad alta velocità, reso indipendente dai movimenti della piattaforma (variazioni di prora, rollio e beccheggio) mediante una sospensione cardanica, mantiene l'orientamento del suo asse di rotazione assolutamente fisso nello spazio (fenomeno della rigidità girostatica), nonostante i movimenti della piattaforma e nonostante la rotazione della Terra intorno al suo asse. Nella figura è indicato schematicamente un girostato in rotazione ad alta velocità; le frecce nere ne indicano il senso di rotazione. Se il girostato non viene "disturbato" da forze esterne, mantiene l'orientamento del suo asse, inalterato nello spazio rispetto a riferimenti fissi. Se all'asse del girostato viene applicata una coppia di forze (frecce gialle), l'asse del girostato "precede" su un piano perpendicolare al piano di giacitura della coppia di forze, in questo caso verso l'osservatore (freccia verde).



Nella figura successiva è riportata una rappresentazione polare della sfera terrestre proiettata sul piano dell'Equatore; vengono mostrati: • il senso di rotazione della Terra visto dal polo Nord, • l'Equatore rappresentato dalla circonferenza, • un punto P sull'Equatore con indicata la verticale locale (in tratteggio) e la traccia del piano orizzontale(linea continua), • lo stesso punto P, spostato nella posizione P' dopo circa 4 ore, con analoga indicazione della verticale locale e del piano orizzontale. • la figura schematizzata di un girostato "libero" con l'asse inizialmente orizzontale e giacente sul piano dell'Equatore, che mostra come il girostato mantenga inalterato l'orientamento del suo asse, nonostante la rotazione della Terra. La rotazione diurna della Terra, intorno al suo asse, comporta quindi una continua variazione della verticale locale, rispetto ad assi di riferimento fissi nello spazio (solo ai poli, la rotazione della Terra non induce una variazione del verticale locale, perché coincidente con l'asse terrestre, mentre tale variazione è massima all'Equatore). Nella girobussola, all'asse del girostato è applicata una massa pendolare che, mantenendosi sempre allineata con la verticale locale, variabile per effetto della rotazione terrestre, lo "disturba" continuamente, esercitando una coppia di forze che lo "forza" a mantenersi parallelo al piano orizzontale.



L'asse del girostato, sollecitato dalla coppia generata dalla massa pendolare, reagisce ruotando sul piano perpendicolare a quello su cui è esercitata la coppia stessa (la "precessione girostatica"). Il piano sul quale avviene il movimento dell'asse del girostato, per effetto della precessione girostatica, è quello orizzontale, che tuttavia varia continuamente il suo orientamento nello spazio per effetto della rotazione terrestre. Nell'esempio della figura seguente, che considera un punto situato sull'Equatore, il girostato, forzato a rimanere sul piano orizzontale dalla massa pendolare e sollecitato continuamente a precedere per effetto del variare della verticale, può trovare una posizione di equilibrio solo allineandosi con la direzione del Nord - Sud (in pratica parallelo all'asse terrestre) nella quale non subisce la minima azione di disturbo per effetto della rotazione della Terra.



Nella figura, alla messa in moto della girobussola in posizione P, il girostato comincia ad orientarsi; nella successiva posizione P' si mostra il girostato quasi orientato verso Nord; nelle successive posizioni P'' e P''' il girostato è ormai orientato verso Nord e si manterrà orientato in tale posizione nel tempo, grazie alla sollecitazione provocata dalla rotazione terrestre sul sistema massa pendolare - girostato vincolato. La coppia disturbante è massima all'Equatore e nulla ai poli, dove la girobussola non può funzionare. Ad una latitudine intermedia, la posizione di equilibrio del girostato sarà sempre ugualmente verso Nord, poiché il girostato assumerà una velocità angolare di precessione che compenserà automaticamente la continua variazione dell'orientamento nello spazio della linea osservatore - punto cardinale Nord, per effetto della rotazione della Terra. Opportuni sensori interni alla girobussola, senza esercitare alcun disturbo sul girostato, rilevano la posizione dell'elemento sensibile, rispetto alla parte fissa dell'apparecchiatura vincolata allo scafo della nave, fornendo così il dato di Prora misurato dalla girobussola che è trasmesso ai ripetitori. Nella pratica all'avviamento, il girostato si orienta dopo effettuando una serie di elongazioni progressivamente smorzate intorno alla direzione del Nord. Il tempo di regimazione della girobussola, entro valori che si discostano accettabilmente dalla vera direzione del Nord, è di circa un'ora. La precisione "a regime" fornita dalla girobussola, correttamente installata, è dell'ordine di ± 0,5° che in condizioni di mare agitato può peggiorare portandosi fino a ± 1°.

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