Strumenti-06 La bussola magnetica

La bussola magnetica è lo strumento di volo che, sfruttando il magnetismo terrestre, fornisce le informazioni di direzione fondamentali.

Anche se il pilota si avvale prevalentemente dell’indicatore di prua, la bussola conserva la funzione vitale di consentirgli di sorvegliare le indicazioni del direzionale e di consentirne il riallineamento quando il giroscopio deriva a causa delle diverse forme di precessione cui va soggetto.

Per sottolineare l’importanza di questo strumento, faccio notare che se il pilota rileva il mancato funzionamento della bussola, deve annullare il volo fino al ripristino dello strumento.

La costituzione della bussola

La bussola è essenzialmente costituita da due aghi magnetici montati orizzontalmente l’uno di fianco all’altro, messi in grado di “galleggiare” nello spazio, cosicché, disponendosi lungo le linee di forza del campo magnetico terrestre, forniscono una indicazione costante della direzione nord-sud.

La figura mostra lo spaccato di una bussola, e come essa appare quando osservata dal pilota.

Gli aghi magnetici, non visibili in figura, sono solidali con l’equipaggio mobile, intorno al quale è montata una corona graduata nei 360° dell’ orizzonte.

La graduazione, che è fatta a intervalli di 5°, porta sui punti cardinali le rispettive lettere iniziali N, E, S, e W, e sulle direzioni intervallate di 30° dai punti cardinali, il rispettivo orientamento magnetico scritto senza gli zeri iniziale e/o finale, per cui 3 sta per 030°,6 sta per 060°, e così via fino a 33 che sta per 330°.

L’equipaggio mobile è montato su un supporto che fa anche da perno.

L’accoppiamento è realizzato tramite una sospensione elastica, e il tutto è chiuso ermeticamente in una cassa riempita di kerosene trasparente.

La presenza del fluido ha la funzione di diminuire il peso dell’ equipaggio mobile sul perno grazie alla spinta di galleggiamento e di smorzare le oscillazioni impresse all’equipaggio mobile dai sobbalzi e dalle manovre di volo, lubrificandone nel contempo il perno.

L’equipaggio mobile è bilanciato in modo da poter ruotare liberamente e può inoltre inclinarsi di lato fino a 18°, mentre non gli è consentito di inclinarsi avanti e indietro.

La parte anteriore della cassa è chiusa con un vetro, a metà del quale è tracciata la linea di fede.

Attraverso il vetro è possibile leggere l’angolo che l’asse longitudinale dell’ aereo forma con la direzione del nord.

Durante le virate, il pilota vede la corona graduata che gira dietro al vetro fino a indicare la nuova direzione assunta dal muso dell’aereo; ma in realtà la corona graduata sta ferma, in quanto solidale con gli aghi magnetici che rimangono fissi nella direzione nord-sud, ed è la cassa della bussola, solidale con l’aereo, che ruota intorno all’equipaggio mobile mentre l’aereo vira.

Gli errori, le limitazioni, e gli inconvenienti della bussola

Data la funzione di importanza vitale rivestita dalla bussola per l’identificazione e il mantenimento della direzione di volo (il comune direzionale precessiona sempre e si può guastare e altrettanto può succedere anche quando è asservito a una telebussola), per volare in sicurezza anche in condizioni IMC il pilota IFR ne deve conoscere a fondo i comportamenti e le limitazioni, così da non trovarsi impreparato nelle situazioni in cui diventa necessario avvalersi di questo prezioso strumento.

La declinazione magnetica (variation): Vedi Rilevamento magnetico

La deviazione residua (deviation)

Le linee di forza del campo magnetico terrestre, attraversando il velivolo, vengono deviate dalla loro normale direzione a causa della struttura metallica dell’aereo, dei campi elettrici generati dai motori e dagli apparati di bordo.

Perciò, quando una bussola viene montata su un aereo, essa si orienta secondo il nuovo andamento delle linee di forza del campo magnetico, e non segna più il nord magnetico, bensì una nuova direzione conosciuta come nord bussola, dal quale è ricavata la rotta bussola, o CC (compass course) o Rm (Rotta magnetica).

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 alcuni magnetini, detti appunto di compensazione, sui quali è possibile agire tramite comandi a vite che li avvicinano o li allontanano più o meno dagli aghi della bussola, in modo da far avvicinare il più possibile il nord bussola al nord magnetico.

L’operazione di compensazione viene eseguita a terra e prende il nome di giri di bussola. Prevede il successivo orientamento dell’aereo in assetto di volo verso i punti cardinali e le posizioni intermedie intervallate di 30° e la regolazione dei magnetini in ciascuna posizione, fino ad azzerare o ridurre al minimo il valore della deviazione.

Il velivolo viene portato in una piazzola dove si è rilevata la totale assenza di interferenze del campo magnetico. Vista la sua peculiarità, questa piazzola non si trova in tutti gli aeroporti.

Gli scostamenti tra il nord bussola e il nord magnetico che non possono essere eliminati prendono il nome di deviazione residua (δ), e vengono riportati su una tabellina da applicare ben visibile a bordo dell’aereo.

Ogni singolo aereo va sottoposto ai giri bussola a intervalli di tempo regolari, nonché in occasione del montaggio o della rimozione di qualche apparato, o quando ci si accorge che le indicazioni della bussola sono diverse da quelle riportate nella tabellina.

L’occasione migliore per il pilota di verificare se la bussola dà indicazioni corrette è l’allineamento dell’aereo con la pista prima del decollo: conoscendo l’esatto orientamento della pista (riportato dalla mappa aeroportuale, vedi Info aeroportuali), è facile confrontare con esso l’indicazione della bussola e rilevarne ogni scostamento indebito.

Per tener conto della deviazione residua non si deve far altro che seguire le istruzioni date dalla tabellina, la quale dice che per (for) dirigere verso una delle dodici direzioni (magnetiche) fondamentali, l’aereo deve essere fatto virare (steer) verso il valore riportato sotto alla direzione stessa.

Per esempio, la tabellina in figura dice che per dirigere verso nord l’aereo deve essere orientato in modo che la bussola indichi 003°; per dirigere per 030°, direzione sulla quale la deviazione residua è zero, la bussola deve indicare 030°; e così via per ognuna delle altre dieci direzioni.

Calcolando: CC = MC – δ. (rotta bussola=rotta magnetica – deviazione residua)

L’inclinazione magnetica

La forza magnetica che agisce sugli aghi della bussola è in ogni punto diretta secondo le linee di forza del campo magnetico terrestre, le quali sono orizzontali al terreno solo all’equatore magnetico, mentre si vanno via via inclinando fino a diventare verticali sui poli magnetici.

La forza magnetica può pertanto essere scomposta in due componenti, una orizzontale e una verticale: la prima è quella che agisce sugli aghi della bussola orientandoli nella direzione nord­sud, mentre la seconda agisce sugli aghi tentando di farli inclinare verso il basso.

All’equatore la componente orizzontale è massima, essendo pari alla forza magnetica, e la componente verticale è zero.

Procedendo verso le latitudini maggiori, la forza orizzontale diminuisce gradualmente, e altrettanto gradualmente aumenta la forza verticale, la quale diventa massima sui poli, dove la componente orizzontale è zero.

La riduzione della componente orizzontale della forza magnetica fa sì che la bussola, alle latitudini elevate, subisca prima forti limitazioni per diventare poi totalmente inservibile.

L’area entro cui la bussola è praticamente inutilizzabile ha forma ellittica e copre: 1) la regione polare artica dalle coste settentrionali della Siberia alle coste nord orientali della Groenlandia  2) dalla costa settentrionale dello Spitzbergen alla costa settentrionale dell’ Alaska.

Tale area è suddivisa in tre settori grosso modo concentrici, entro i quali, a partire dal più interno che comprende il polo magnetico, le indicazioni della bussola sono considerate inutilizzabili (useless), irregolari (erratic), e inattendibili (unreliable).

Alle latitudini intermedie la componente verticale della forza magnetica induce nella bussola, durante certe manovre, comportamenti che vengono considerati alla stregua di errori.

Quando l’aereo vola con angolo di bank nullo l’ago della bussola viene tenuto in posizione orizzontale dal suo supporto, che gli impedisce di inclinarsi in avanti sotto l’azione della componente verticale della forza magnetica.

Però, non appena l’aereo si inclina lateralmente per iniziare una virata, anche l’equipaggio mobile, sotto l’azione della forza centrifuga, si inclina lateralmente dalla stessa parte.

A questo punto la componente verticale del campo magnetico terrestre, non più ostacolata dal supporto, forza l’ago ad abbassarsi lateralmente, causando perciò un’ erronea indicazione di virata.

Come mostra la figura, impostando una virata da prua nord la bussola indica inizialmente un’accostata in senso opposto, mentre impostando una virata da prua sud la bussola indica inizialmente un’accostata nello stesso senso ma di ampiezza maggiore.

Un fenomeno analogo si manifesta durante le accelerazioni e le decelerazioni, quando l’aereo procede con prua est o con prua ovest.  

Sotto l’azione delle accelerazioni l’equipaggio mobile viene tolto dalla posizione orizzontale, e l’ago viene perciò forzato verso il basso, con conseguente errata indicazione di virata.

 

Nel nostro emisfero, il comportamento della bussola in virata e in accelerazione può essere riassunto come segue (nell’emisfero sud la bussola si comporta in modo inverso):

  • partendo da prua nord e virando verso est o verso ovest, la bussola indica inizialmente una virata in senso opposto, e poi rimane in ritardo;
  • partendo da prua sud e virando verso est o verso ovest, la bussola indica inizialmente una virata nello stesso senso ma di ampiezza maggiore del reale, e poi rimane in anticipo;
  • partendo da prua est o ovest e virando verso nord o verso sud la bussola non presenta errori;
  • partendo da prua est o ovest, la bussola indica un’ accostata verso nord quando l’aereo accelera, e un’accostata verso sud quando l’aereo decelera (a tale riguardo si può ricordare la sigla ANDS = Accelerando Nord Decelerando Sud);
  • mantenendo prua nord o sud la bussola non presenta errori quando l’aereo accelera o decelera.

Dato che gli errori di inclinazione dipendono dall’intensità della forza verticale del campo magnetico terrestre, la quale è massima ai poli ed è nulla all’equatore, la loro entità varia in modo direttamente proporzionale alla latitudine del luogo in cui si trova la bussola: indicativamente si può tener conto che la bussola ritardi o anticipi di un numero di gradi pari al valore della latitudine.

Le rimesse dalle virate eseguite con riferimento alla bussola vanno perciò eseguite sommando o sottraendo all’errore di inclinazione l’anticipo normalmente dovuto, che si aggira intorno alla metà dell’angolo di bank.

Supponendo di virare con angolo di bank di 20°, che alla rimessa richiede un normale anticipo di circa 10°, alle latitudini medie ci si può comportare indicativamente come segue:

  • virando per raggiungere prua nord, dato che la bussola ritarda, la rimessa va anticipata del valore della latitudine (supponiamo 30°) più 10°; perciò, se la virata è stata iniziata da est (aereo a destra della figura), la rimessa va iniziata quando la bussola indica 040°; se invece la virata è stata iniziata da ovest, la rimessa deve essere iniziata quando la bussola indica 310°;
  • virando per raggiungere prua sud, dato che la bussola anticipa, la rimessa va ritardata del valore della latitudine meno 10°; perciò, se la virata è stata iniziata da prua est, la rimessa va iniziata quando la bussola segna 200° (180°+ 30° -10°); se invece la virata è stata iniziata da prua ovest (aereo a sinistra di figura 1.40), la rimessa va iniziata quando la bussola segna 160° (180°- 30°+10°);
  • virando per prua est o ovest partendo da prua nord, la rimessa va iniziata circa 10° prima che la bussola raggiunga il valore corrispondente; virando per prua est o ovest partendo da prua sud, invece, la rimessa va iniziata circa 5° prima che la bussola raggiunga il valore corrispondente;
  • virando per prue diverse da quelle cardinali, i valori precedenti vanno interpolati.

Ricordarsi che qualora si renda necessaria una variazione di prua di entità predeterminata senza l’aiuto del direzionale, specialmente se in condizioni IMC, il metodo più pratico è quello di effettuare una virata a tempo con rateo standard: sapendo che l’aereo cambia direzione di 3° al secondo, per fare una virata, per esempio, di 60°, basta mantenerlo inclinato per 20 secondi.

Le oscillazioni

Durante il volo in aria turbolenta (a causa delle scosse cui è sottoposto l’aereo)  e al termine delle virate (a causa dell’ inerzia dell’equipaggio mobile), la bussola va soggetta a oscillazioni che ne rendono difficoltosa la lettura e che costringono spesso il pilota a interpolazioni e stime del valore della prua, le quali si ripercuotono negativamente sulla precisione della navigazione.

La rotazione e le indicazioni “antiistintive” dell’equipaggio mobile

Durante le virate, a prescindere dagli errori di inclinazione, la rotazione apparente dell’ equipaggio mobile, vista attraverso la finestrella, ha senso contrario al senso di virata: virando a destra la bussola gira a sinistra, e viceversa.

Inoltre, i valori di prua verso cui virare, oltretutto non visibili se distanti dal valore indicato, appaiono a destra della linea di fede ma per raggiungerli si deve virare a sinistra, e viceversa.

Tutto ciò sarebbe trascurabile se il pilota fosse abituato a volare usando la bussola come solo strumento di direzione.

Ma abitualmente il pilota il direzionale, il quale ruota in senso concorde alle virate dell’aereo e offre indicazioni “istintive”. Grazie a questo i valori da raggiungere appaiono in posizione corretta rispetto alla linea di fede. Quando costretto a usare la bussola, il pilota è indotto a commettere errori di interpretazione e sovente inizia a virare nella direzione opposta a quella desiderata.

Se questi fatti possono essere considerati come semplici inconvenienti per il volo in condizioni VMC, durante il volo in condizioni IMC possono avere conseguenze anche gravi.

Per non trovarsi impreparati in caso di avaria al direzionale, i piloti IFR dovrebbero pertanto allenarsi periodicamente a virare e a mantenere la direzione servendosi solo delle indicazioni della bussola.

Da quanto detto sopra è facile intuire che la bussola è usata per determinare la prua del velivolo, cioè l’angolo (misurato in senso orario) tra una direzione di riferimento e l’asse longitudinale del velivolo.

Vedi Punto nave con la bussola

Vedi Orologio

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