GYRO COMPASSTE FTIK - UHT Djogi Lubis Ir, M.A.P

Marine Gyrocompass Assembly merupakan peralatan pokok dalam system navigasi kapal laut. Modern gyrocompass masih menggunakan roda yang berputar dgn kecepatan tinggi pada sumbu yg simetris serta dibalansing hampir-hampir sempurna. maka gyroscope mempunyai tiga sumbu kebebasan

3D Gyroscope

Konsturksi mekanis dari modern marine gyroscompass.

Gyrocompass Konfigurasi khusus dari Gyroscope Ada 4 prinsipil yang mempengaruhi fungsinya: Gyroscopic Inersia Gyroscopic Precession Putaran Bumi Gaya tarik Bumi (gravitasi)

Gyroscopic inertia1. Hukum pertama Newton tentang gerak adalah bahwa suatu benda akan tetap diam pada tempatnya atau bergerak linier dgn kecepatan tetap dalam lintasan garis lurus, selama tidak ada gaya luar yang mengganggunya. 2. Berdasarkan hukum tersebut maka masa yang berputar akan tetap pada bidang putarnya sampai ada gaya luar yang mengganggunya. 3. Masa yang berputar akan mempunyai kekuatan untuk mempertahankan kedudukannya terhadap gaya luar, ini yang dikenal dgn gyroscopic inertia. 4. Suatu rotor gyroscope akan mempertahankan bidang putarnya sampai ada gaya luar yg cukup besar utntk mengatasi inersia agar dapat merubah arahnya. 5. Suatu gyroscope yang berputar sangat cepat akan mempertahankan posisinya didalam ruang bebas terhadap setiap gerakan dari gimbalnya.

m r 2

Angular Momentum1. Pada roda yang berputar bebas, identik dgn angular momentum (momentum sudut). Angular momentum dari suatu partikel yg berputarpada sumbunya adalah perkalian dari linier momentum dgn jarak tegak-lurus dari partikel terhadap sumbunya. 2. Angular momentum : m.v.r ; dimana r = jari-jari atau radius. 3. Kecepatan dari rotor yang berputar adalah angular velocity , yang merupakan kecepatan tangential v dibagi radius r. Dgn demikian maka angular momentum dari setiap partikel yang berputar adalah : mr2 4. Momentum rotor ini tergantung pada tiga factor: Masa total M dari rotor (untuk semua partikel) Radius r yg dijumlahkan menjadi konstanta K (untuk semua partikel), dimana K adalah radius girasi (gyration). Kecepatan sudut 5. Momentum sudutnya adalah : .M.K2 .

Precession. Istilah yang menjelaskan tentang sifat gerakan sumbu gyroscope karena pengaruh dari gaya luar Kecepatan sudut dari gerakan precession proportional dgn gaya yg bekerja padanya dan berbanding terbalik dgn momentum sudut rotor.

Torsi F

TF

TF

M Pr

MMomentum Rotar

Pr

Precession

Pengaruh Rotasi Bumi Bumi berputar dari Barat ke Timur dgn kecepatan 15o per jam dan satu putaran lengkapnya sama dgn 23 jam, 56 menit, 4 detik. Bila free gyro ditempatkan di Kutub Utara, dgn sumbu putarnya (spin axis) pada kedudukan horizontal thd permukaan bumi, akan muncul dan jelas terlihat gerakan searah jarum jam (CW). Sumbu putar-nya tetap constant tetapi bumi dibawahnya berputar berlawanan jarum jam (CCW) (dilihat dari atas Kutub Utara), sehingga gyro terlihat berputar searah jarum jam dgn kecepatan satu putaran per hari, effek yang sebaliknya akan terjadi bila gyro ditempatkan di Kutub Selatan. Fenomena ini dikenal dgn istilah gyro drift. Drift pada ujung Utara dari spin axis menuju ke Timur untuk wilayah belahan Utara, dan menuju ke Barat pada wilayah belahan Selatan.

Dgn berputarnya bumi, gyro akan mengalami gerakan yg dipengaruhi oleh tilt dan azimuth motion. Kecepatan gerakan tilt adalah : tilt=150 cos (latitude)[derajad/jam] Dimana 15o adalah kecepatan putaran bumi/jam, dan azimuth adalah sudut yang dibentuk antara gyro axis dan earths axis. azimuth=150 sin(latitude) [derajad/jam]150 h -1

Drift Timur Equator N-Pole Barat Tilt S-Pole Equator t

150 h -1

Hubungan antara Drift dan Tilt

North seeking Gyro. Sumbu putar gyro dapat dibuat untuk selalu mencari meridian (mempertahankan agar spinaxis gyro sejajar dgn spin-axis bumi), dgn menggunakan pendulum yang bekerja berdasarkan gravitasi bumi. Precession sebagai sifat dasar dari gyroscope, menyebabkan instrument dapat dibuat bersifat sebagai pencari utara (north seeking). Gaya gravitasi yg bekerja kearah bawah pada sumbu putar akan menyebabkan compass untuk precess secara horizontal untuk menjaga penunjukan dari sumbu mengarah ke utara benar (true north).

Ada dua cara utama yang digunakan untuk mendapatkan aksi precessional karena grafitasi adalah dgn membuat sumbu putar gyro berat dibawah atau diatas. Control dgn beban dibawah dgn putaran gyro searah jarum jam banyak digunakan oleh S.G.Brown Ltd pada range of compass, System dgn beban diatas dan putaran sumbu berlawanan jarum jam banyak digunakan oleh Sperry Ltd

S.G Brown Control System.F

Precession Precession

F

N

N

N

Horizontal Bumi C of G mengarah bumi

Pergeseran dari C of G

Pergeseran dari C of G

Gyro yang dikontrol secara teredam (NorthSettling) Mekanisme dari Gyro tersebut diatas membentuk gerakan ellipse dgn rasio sumbu major dan minor yang constant. Bila Gyro diberi pengaruh gaya kedua yang memberikan torsi redaman disekitar sumbu vertikalnya, maka spin axis akan dibuat menuju horizontal. Rasio sumbu-sumbu ellips akan mengecil dan gerakannya akan berbentuk spiral sampai gyro diam terhadap meridian dan permukaan.

Sperry Control System Perusahaan Gyro Sperry merancang Gyrocompass dalam bentuk beban diatas (top weighted) dgn putaran rotor berlawanan jarum jam (CCW). Penempatan beban diatas rotor casing (rumah rotor) menhasilkan beberapa pengaruh yang tidak diinginkan. Pengaruhnya akan terlihat bila kapal dalam cuca buruk. Untuk mengantisipasi pengaruh ini, digunakan mercury fluid ballistic (cairan mercury) yang dimasukkan kedalam tandon (reservoir) atau pots. Masing-masing ballistic pot yang sebagian besar berisi mercury ditempatkan disisi-sisi Utara dan Selatan dari rotor pada spin axis. Pipa kecil digunakan untuk menghubungkan kedua pot tersebut sehingga aliran mercury akan sedikit terhambat. System ballistic ini akan memindahkan mercury bila terjadi tilt. Aksi ini menyebabkan timbulnya torsi pada sumbu horizontal, sehingga terjadi precession pada azimuth.

Compass Error. Kesalahan yang tetap. Kesalahan alignment. Kesalah antara penunjukan heading dgn lubber line dari kapal. Kesalahan antara tanda lubber line dgn garis fore-aft dari kapal.

Kedua kesalahan ini dapat dihilangkan secara akurat dgn cara aligning dari compass dgn lubber line saat instalasi.

Kesalahan transmissi. Kesalahan antara penunjukan heading dari master compass dgn heading yang dihasilkan oleh remote repeater. Kesalahan ini juga dapat ditekan seminimal mungkin dgn menggunakan multi speed pulse transmission. Kesalahan variable. Kesalahan ini dikelompokkan dalam dua group. Dynamic Error yang disebabkan oleh gerakan sudut dari kapal saat berlayar dalam cuaca buruk atau saat olah gerak (manoeuvring) Seed / Latitude Error yang disebabkan oleh gerakan kapal melintasi latitude.

Dynamic Error : rolling error manoeuvring (ballistic) error

North seeking gyro , karena gravitasi bumi.

Terima Kasih