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La bussola magnetica e lo strumento di volo che fornisce le informazioni di direzione fondamentali sfruttando il magnetismo terrestre, descritto di seguito.
Durante il volo il pilota ricava in prevalenza le informazioni di direzione dall'indicatore di prua giroscopico, quasi sempre presente anche sugli aerei piu semplici, ma a causa delle limitazioni del direzionale, illustrate nel prossimo capitolo 9, la bussola conserva la funzione vitale di permetterne il controllo e il riallineamento quando il giroscopio deriva a causa della precessione.
Il pianeta Terra genera un notevole campo magnetico; non se ne conosce con certezza l'origine, ma poiche si sa che tutti i campi magnetici sono generati da correnti elettriche, si pensa che la sua esistenza e le sue pur modeste variazioni nel tempo siano da attribuire principalmente a correnti elettriche prodotte nel nucleo fluido della Terra (a circa 2.900 km dalla superficie), e in minima percentuale dal movimento degli ioni nella ionosfera, dall'attivita solare, eccetera.
Dunque e come se all'interno della Terra ci fosse una sbarra magnetizzata (figura 2.60) adagiata quasi lungo l'asse di rotazione, il cui campo magnetico ha le linee di forza che escono dal sud magnetico della Terra ed entrano dal nord magnetico (contrariamente alla convenzione generale di cui al paragrafo 3.2 della sezione introduttiva, per il motivo che vedremo tra breve).
E questo il principio sul quale si basa il funzionamento della bussola. In proposito va pero fatta la seguente considerazione. Il fatto che l'ago magnetico diriga la sua punta N grosso modo verso il polo N geografico sulla superficie terrestre, fa capire che quello normalmente considerato il polo Nord magnetico della Terra e in realta il polo sud del magnete ideale che genera il campo magnetico terrestre. Se cosi non fosse, il polo N dell'ago magnetico verrebbe respinto da un polo N, e non attratto. Ovviamente il discorso vale anche per il polo Sud.
Come illustra ancora la figura 2.60, le linee di forza del campo magnetico terrestre sono parallele alla superficie del pianeta solo in prossimita dell'equatore, mentre sono a essa perpendicolari vicino ai poli. In conseguenza l'ago magnetico, disponendosi lungo la linea di forza che l'attraversa, oltre a orientarsi in direzione nord-sud, si inclina rispetto al piano orizzontale di un angolo (i) detto di inclinazione magnetica (figura 2.61).
Le linee immaginarie che uniscono i punti di uguale inclinazione magnetica si chiamano isocline; la linea isoclina di inclinazione zero costituisce l'equatore magnetico. All'equatore magnetico la forza direzionale H e uguale alla forza magnetica Fm essendo nulla la componente verticale Z; andando verso i poli, la forza Z aumenta a scapito della forza H finche - sulla verticale dei poli magnetici - Z e uguale a Fm e H e nulla.
Le tracce lasciate dalle linee di forza del campo magnetico sulla superficie terrestre costituiscono i meridiani magnetici che - cosi come i meridiani geografici - sono in numero infinito. Se il campo magnetico terrestre fosse perfettamente simmetrico e omogeneo, i poli disterebbero 180° l'uno dall'altro, e i meridiani magnetici sarebbero semicerchi massimi.
In realta i poli non perfettamente opposti e le linee di forza non perfettamente rettilinee, fanno si che i meridiani magnetici siano linee curve di andamento irregolare. Ai fini della navigazione, il fatto puo comunque essere trascurato.
Percio per ogni punto della Terra passano due meridiani: uno vero diretto verso il nord vero (Nv), e uno magnetico diretto verso il nord magnetico (Nm). Poiche i due poli non coincidono, e poiche i meridiani magnetici hanno andamento irregolare, in ogni punto i due meridiani formano un certo angolo (d) chiamato angolo di declinazione magnetica.
I valori massimo e minimo entro cui puo variare la declinazione magnetica sono 0° e 180°. Il valore zero si trova in corrispondenza dei punti ove i due meridiani coincidono, mentre il valore 180° si trova sui punti del segmento che unisce i due poli vero e magnetico.
Le linee che uniscono i punti di uguale declinazione magnetica sono chiamate isogone. Tra di esse, quelle di declinazione zero sono chiamate agoniche.
La bussola magnetica e essenzialmente costituita da due o piu aghi magnetici montati orizzontalmente l'uno di fianco all'altro, messi in grado di "galleggiare" nello spazio cosicche - disponendosi lungo le linee di forza del campo magnetico terrestre - forniscono un'indicazione costante della direzione nord-sud.
La figura 2.63 mostra in alto la faccia di una bussola come appare quando osservata dal posto di pilotaggio, mentre sotto ne mostra la costituzione interna e i particolari della sospensione dell'equipaggio mobile.
Per favorirne il mantenimento nella posizione orizzontale, gli aghi vengono applicati nella parte inferiore dell'equipaggio mobile, che e montato sul proprio supporto in guisa di pendolo: in tal modo il peso degli aghi contrasta l'azione della componente verticale del campo magnetico terrestre che tende a farli inclinare.
Per ridurre al minimo gli attriti durante le rotazioni, l'equipaggio mobile e applicato a un perno di iridio a punta acuminata che appoggia dentro una coppetta di zaffiro. Con questa sospensione l'equipaggio mobile rimane libero di ruotare e di mantenersi orizzontale fino a inclinazioni di circa 20° del perno; il quale, essendo solidale con l'aereo, ne segue le vicende durante le manovre.
La presenza del fluido ha la funzione di diminuire il peso dell'equipaggio mobile sul perno grazie alla spinta di galleggiamento (principio di Archimede), e di smorzare le oscillazioni impresse all'equipaggio mobile dai sobbalzi e dalle manovre di volo, lubrificandone nel contempo il perno.
Attraverso il vetro e possibile leggere l'angolo che l'asse longitudinale dell'aereo forma con la direzione del nord magnetico. Durante le virate il pilota vede la corona graduata girare dietro al vetro fino a indicare la nuova direzione assunta dall'asse longitudinale dell'aereo; in effetti la corona graduata sta ferma, in quanto solidale con gli aghi magnetici che rimangono fissi nella direzione nord-sud, ed e la cassa della bussola - solidale con l'aereo - che ruota intorno all'equipaggio mobile mentre l'aereo vira.
Anche se viene generalmente considerata tale, la declinazione magnetica non e un errore, bensi una limitazione della bussola, la quale - per sua costituzione - non puo segnare altro che la direzione del nord magnetico. Nella sezione 6 dedicata alla navigazione e spiegato come si debba tener conto della declinazione magnetica.
La struttura metallica dell'aereo e i campi elettrici generati dai motori e dagli apparati di bordo influenzano le linee di forza del campo magnetico terrestre, cosicche esse vengono deviate dalla loro normale direzione. Percio - quando una bussola viene montata su un aereo - si orienta secondo il nuovo andamento delle linee di forza del campo magnetico e non segna piu il Nm, ma una nuova direzione che assume il nome di nord bussola (Nb).
Per compensare la deviazione impressa alle linee di forza del campo magnetico terrestre da parte dell'aereo e dei suoi apparati, la bussola viene dotata di due magnetini detti appunto di compensazione, sui quali e possibile agire tramite comandi a vite che li avvicinano o li allontanano piu o meno dagli aghi della bussola, in modo da far avvicinare il piu possibile il Nb al Nm.
L'operazione di compensazione - che prende il nome di giri bussola - si esegue seguendo un particolare procedimento che prevede il successivo orientamento dell'aereo in assetto di volo verso i punti cardinali e intercardinali, e l'intervento sui magnetini in ciascuna posizione, volto a ridurre quanto piu possibile il valore della deviazione.
Per quanto si faccia, pero, non e mai possibile eliminare completamente lo scostamento del Nb dal Nm; questo scostamento non eliminabile prende il nome di angolo di deviazione residua (delta).
I valori della deviazione residua, che variano con l'orientamento dell'asse longitudinale dell'aereo (e in parte anche con la latitudine), vengono annotati - durante i giri bussola - a intervalli di 30° a partire da quando l'aereo e orientato verso il nord magnetico, indicato da una bussola campione.
La tabellina in alto di figura 2.64 indica che per dirigere (for) a nord, l'aereo deve essere orientato per 003°: cio significa che quando l'aereo e orientato nella direzione del Nm, la bussola indica un Nb di 357°, e percio la deviazione residua e di 3°W e ha segno (-).
Per ogni singolo aereo i giri bussola vanno ripetuti ogni volta che debba essere montato o smontato qualche apparato, o quando ci si accorge che le indicazioni della bussola sono diverse da quelle riportate nella tabellina.
Sappiamo che la forza che agisce sugli aghi della bussola e in ogni punto diretta secondo le linee di forza del campo magnetico terrestre, che sono orizzontali al terreno solo all'equatore magnetico, mentre si vanno via via inclinando fino a diventare verticali sui poli magnetici.
La riduzione della componente orizzontale della forza magnetica fa si che la bussola, alle latitudini elevate, subisca prima forti limitazioni, e diventi poi totalmente inservibile. Alle latitudini intermedie la componente verticale Z della forza magnetica induce nella bussola - durante certe manovre - comportamenti che vengono considerati alla stregua di errori.
Quando l'equipaggio mobile e in quiete o in moto rettilineo uniforme, il punto di applicazione della forza Z e il baricentro dell'equipaggio mobile sono in asse con il perno di supporto (inserto di figura 2.65), per cui Z fa inclinare leggermente in avanti l'equipaggio mobile, ma non lo fa girare. Quando invece viene sottoposto ad accelerazioni durante le manovre, l'equipaggio mobile e costretto ad inclinarsi lateralmente, per cui se il baricentro esce dall'allineamento con il perno di supporto e con la forza Z, questa forma anche un momento che mette l'equipaggio mobile in rotazione facendolo deviare dalla direzione nord-sud.
Il senso di rotazione dipende dalla posizione in cui l'accelerazione ha portato l'equipaggio mobile rispetto alla direzione nord-sud. Le manovre che inducono accelerazioni la cui azione sposta l'equipaggio mobile lateralmente sottoponendolo al momento rotante della forza Z, sono le virate e le variazioni di velocita dell'aeromobile, cioe le sue accelerazioni e decelerazioni.
Virate:
Dato che gli errori di inclinazione della bussola dipendono dall'intensita della forza verticale del campo magnetico terrestre, che e massima ai poli e nulla all'equatore, la loro entita varia in modo direttamente proporzionale alla latitudine del luogo in cui si trova la bussola. Indicativamente si puo tener conto che la bussola ritardi o anticipi di un numero di gradi pari al valore della latitudine.
Percio la lettura della bussola va possibilmente fatta in aria calma, con le ali orizzontali, con la pallina al centro, e a velocita costante.
Durante le virate - prescindendo dagli errori di inclinazione - la rotazione apparente dell'equipaggio mobile vista dal pilota attraverso la finestrella ha senso contrario al senso di virata dell'aereo: virando a destra la bussola gira a sinistra, e viceversa.
Inoltre i valori di prua verso cui virare - oltre tutto non visibili se distanti dal valore indicato - appaiono a destra della linea di fede quando per raggiungerli si deve virare a sinistra, e viceversa.
Molta attenzione va posta quando si debbano portare a bordo materiali non solo magnetici, ma anche solamente ferrosi o di massa metallica rilevante: le indicazioni della bussola potrebbero essere influenzate in modo assai rilevante, e causare quindi problemi alla navigazione.
Per rendersene conto basta appoggiare sul cruscotto, in prossimita della bussola, anche solo una tavoletta portacarte con fermagli in acciaio, un orologio, un apparato GPS, o altro oggetto simile. Si potra notare che la bussola ruotera di parecchi gradi, a volte anche alcune decine, rispetto alla direzione indicata in precedenza.
Quando l'aereo e parcheggiato in una direzione di cui si conosce l'orientamento, l'indicazione della bussola puo essere verificata gia prima della messa in moto. In concomitanza si puo verificare che la cassa dello strumento sia piena di liquido, e che non siano presenti perdite.
Un'altra verifica da effettuare prima della messa in moto e la presenza in cabina della tabellina delle deviazioni residue. Indicazioni della bussola anomale, la mancanza di liquido o perdite rilevanti dello stesso, non permettono di intraprendere il volo.
Poi le indicazioni della bussola vanno verificate durante il rullaggio sui raccordi di orientamento noto, mentre la liberta di movimento dell'equipaggio mobile puo essere verificata in concomitanza con le accostate volte a verificare il funzionamento degli strumenti giroscopici (vedere il paragrafo 6 del prossimo capitolo 9).
L'indicazione della bussola va poi ricontrollata in allineamento con la pista prima del decollo, essendo questa la posizione di orientamento sicuramente nota al pilota. Una volta accertato che le indicazioni della bussola a terra sono corrette, e assai improbabile che lo strumento possa dare indicazioni errate in volo, a meno che il pilota non lo disturbi con indebite influenze ferromagnetiche.
| Concetto | Descrizione |
|---|---|
| Campo magnetico terrestre | Generato da correnti nel nucleo fluido della Terra; poli magnetici non coincidono con quelli geografici |
| Declinazione magnetica (d) | Angolo tra meridiano vero e magnetico; (+) Est, (-) Ovest |
| Inclinazione magnetica (i) | Angolo tra linea di forza e piano orizzontale; massima ai poli, nulla all'equatore |
| Componente H | Forza direzionale orizzontale che orienta la bussola |
| Componente Z | Forza verticale che causa errori durante le manovre |
| Deviazione residua (delta) | Scostamento residuo Nb-Nm dopo compensazione; annotata nella tabellina FOR/STEER |
| Giri bussola | Operazione di compensazione orientando l'aereo sui punti cardinali e intercardinali |
| Isocline | Linee di uguale inclinazione magnetica |
| Isogone | Linee di uguale declinazione magnetica |
| Agoniche | Isogone di declinazione zero |
| Situazione | Comportamento bussola | Azione pilota |
|---|---|---|
| Virando verso Nord | Ritarda | Anticipare rimessa |
| Virando verso Sud | Anticipa | Ritardare rimessa |
| Virando verso Est/Ovest da N o S | Nessun errore iniziale | Rimessa 10° prima |
| Accelerando con prua E/W | Indica accostata verso Nord | - |
| Decelerando con prua E/W | Indica accostata verso Sud | - |
| Fase | Verifica |
|---|---|
| Prima della messa in moto | Indicazione coerente con orientamento noto, cassa piena di liquido, assenza perdite |
| In cabina | Presenza tabellina deviazioni residue |
| Durante rullaggio | Verifica su raccordi di orientamento noto, liberta movimento equipaggio mobile |
| In allineamento pista | Indicazione coerente con QFU della pista |