لطالما كانت البوصلة المغناطيسية عنصرًا أساسيًا في الملاحة الجوية، ولا تزال البوصلة السائلة الأساسية التي لم تتغير أساسًا منذ عقود، حيث تستعمل حتى اليوم كأداة احتياطية، ويجب أن تحتوي جميع الطائرات على بوصلات مغناطيسية، ولسبب وجيه البوصلة المغناطيسية هي نظام قائم بذاته تمامًا، ولا يتطلب أي مدخلات خارجية لتعمل أثناء الطيران.
ما هي المغناطيسية
لفهم كيفية عمل البوصلة المغناطيسية، نحتاج إلى فهم أساسيات المغناطيسية:
الأرض
الأرض هي نفسها مغناطيس عملاق، ويتألف مجالها المغناطيسي من خطوط مغناطيسية للتدفق، حيث أن خط التدفق هو خط قوة مغناطيسي يبدأ عند القطب الشمالي للمغناطيس وتكون نهايته عند القطب الجنوبي للمغناطيس، وتخلق خطوط القوة غير المرئية الغلاف المغناطيسي للأرض (المنطقة المتأثرة بالمجال المغناطيسي للأرض).
على عكس المتوقع، يقع القطب الشمالي المغناطيسي للأرض بالقرب من القطب الجنوبي الجغرافي، كما تنبثق خطوط تدفق الأرض من منطقة قريبة من القطب الجنوبي الجغرافي وتنتهي في موقع قريب من القطب الشمالي الجغرافي.
المغناطيس
كطيار، يعد فهم سلوك المغناطيس أمرًا ضروريًا لفهم البوصلة المغناطيسية وكيف تؤثر المغناطيسية على الطائرة، ويتكون المغناطيس من مواد مثل الحديد أو الفولاذ أو الكوبالت ويجذب أو يطرد المغناطيسات الأخرى، أيضًا يحتوي المغناطيس على قطبين شمالي وجنوبي، حيث ينجذب القطبان المتعاكسان، بينما يتنافر القطبان المتماثلان.
أي مغناطيس يمكنه الدوران بحرية سيصطف مع الأقطاب المغناطيسية للأرض، وتشكل العلاقة بين المغناطيس وأقطابها أساس كيفية عمل البوصلة المغناطيسية.
بناء البوصلة المغناطيسية
البوصلة المغناطيسية هي نظام قائم بذاته لا يحتاج إلى كهرباء وغالبًا ما يستخدم كأداة للطوارئ أو الاستعداد، كما تشتمل البوصلة المغناطيسية على قضيبين مغناطيسيين بسيطين معلقين في سائل (عادة ما يكون سائلًا مشابهًا للكيروسين)، ويساعد هذا السائل في الحفاظ على ثبات المغناطيس مع السماح بالدوران بحرية.
ويكون المغناطيس طافيًا والذي يشبه الفريسبي، كما يسمح الطفو لسائل البوصلة بإخماد أي حركة غير مرغوب فيها للمغناطيس حيث يتم تعليق بطاقة بوصلة ذات اتجاهات محددة على العوامة، عادةً مع إزالة الأصفار (على سبيل المثال، 33 بدلاً من 330).
ويوجد في البوصلة خط مطاط، وهو خط عمودي موجود في وسط البوصلة، مما يسمح للطيار بقراءة اتجاه البوصلة بدقة، وأحد الفروق الأساسية بين مؤشر الاتجاه والبوصلة المغناطيسية هو أن البوصلة تبدو وكأنها تتحرك في الاتجاه المعاكس للانعطاف، على سبيل المثال، عند الطيران باتجاه الشمال يُشار إلى الغرب على يمين خط الجلد، وترجع هذه الحركة الخلفية الواضحة إلى بقاء غلاف البوصلة ثابتًا بينما تتحرك الطائرة بشكل فعال حولها.
يتم تثبيت مجموعة المعوض على الجزء العلوي أو السفلي من البوصلة، مما يؤدي إلى إنشاء مجال مغناطيسي يقلل من تأثير المجالات المغناطيسية الخارجية، كما يتكون هذا التجميع من مغناطيسين مثبتين على عمودين، ويتم استخدام مفك البراغي لتحريك هذه الأعمدة إلى موضع معين.
أخطاء البوصلة المغناطيسية
البوصلة المغناطيسية للأسف تعاني من أخطاء كثيرة، حيث يمكن تعويض هذه الأخطاء للتأكد من أن البوصلة تشير بأكبر قدر ممكن من الدقة، وتعاني البوصلة المغناطيسية من الأخطاء التالية:
التفاوت
تتم الإشارة إلى الإحداثيات إلى الشمال والجنوب “الحقيقيين”، أي القطب الشمالي والجنوبي الجغرافي، حيث لا توجد الأقطاب المغناطيسية في نفس مكان القطبين الجغرافيين (يقع القطب الشمالي المغناطيسي في كندا، والقطب المغناطيسي الجنوبي يقع جنوب أستراليا)، وبالتالي فإن البوصلة المغناطيسية لن تشير إلى الشمال والجنوب الحقيقيين بل تشير إلى الشمال والجنوب المغناطيسي.
يسمى الفرق في الاتجاه بين الاتجاه المغناطيسي والاتجاه الحقيقي بالاختلاف، للتعويض عن التباين ستستخدم الخطوط المتساوية على مخطط الطيران، كما تنضم هذه الخطوط المتساوية إلى أماكن ذات تباين متساوٍ وستزودنا بالتباين المغناطيسي لمنطقة معينة، وباستخدام هذه الخطوط، ستقوم إما بإضافة التباين الغربي أو طرح التباين الشرقي إلى الاتجاه الحقيقي للحصول على الاتجاه المغناطيسي.
الانحراف
الانحراف هو تأثير المجال المغناطيسي للطائرة على البوصلة المغناطيسية، حيث تختبر الطائرة مجالها المغناطيسي الخاص بسبب المواد الموجودة في الطائرة وتختبر الطائرة مجالها المغناطيسي الخاص بسبب المواد الممغنطة في الطائرة والكهرباء بالقرب من البوصلة، والانحراف مستقل عن الموقع ويتأثر بالعنوان والتغيرات في الطائرة، مثل تنشيط المكونات الكهربائية.
يتم تعويض الانحراف عن طريق قياس الفرق بين العنوان المغناطيسي المحدد للبوصلة والعنوان المغناطيسي الفعلي المقاس بواسطة بوصلة مختلفة ومعايرة، وهذا الإجراء يسمى (تأرجح البوصلة) وباستخدام إجراء تأرجح البوصلة، يتم ضبط البوصلة باستخدام مجموعة المعوض.
كما يشار إلى أي انحراف لا يمكن تصحيحه بواسطة (بطاقة البوصلة) وتكون موجودة في قمرة القيادة، وعادة ما تكون على البوصلة نفسها، وتشير هذه البطاقة إلى العنوان المغناطيسي الفعلي مقابل العنوان المغناطيسي الذي تشير إليه البوصلة لاتجاه معين.
ويتم انحراف البوصلة في الحالات التالية:
- بعد رحلة عبر عاصفة كهربائية شديدة.
- بعد صاعقة البرق.
- بعد تعديل قمرة القيادة أو الاستبدال المهم الذي يتضمن معادن حديدية.
- متى ما يتم إجراء تغيير على النظام الكهربائي للطائرة.
- عندما يكون هناك تغيير في البضائع من المحتمل أن يؤثر على البوصلة.
- في كل مرة تتعرض البوصلة لصدمة، مثل ما يحدث بعد هبوط شديد أو اضطراب.
- عندما يتم نقل الطائرة إلى موقع مختلف مع تغيير كبير في الانحراف المغناطيسي.
- إذا كانت الطائرة متوقفة على اتجاه واحد منذ أكثر من عام.
الانحدار المغناطيسي
سوف تميل البوصلة إلى الانحدار نحو أقرب قطب مغناطيسي بسبب ميل خطوط التدفق، ويكون هذا الخطأ أكثر وضوحًا بالقرب من القطبين لأن خطوط التدفق تصبح أكثر (عمودية) وفيما يتعلق بسطح الأرض يكون أقرب إلى القطبين عند خط الاستواء، كما تكون خطوط التدفق موازية لسطح الأرض، مما يقلل من هذه الأخطاء.
ولتخفيف هذا الخطأ، يتم وزن مغناطيس البوصلة إما في الطرف الجنوبي (في نصف الكرة الشمالي) أو الطرف الشمالي (في نصف الكرة الجنوبي).
خطأ الانعطاف
بسبب الانحدار المغناطيسي، تتعرض البوصلة المغناطيسية لخطأ آخر عند انحباس الطائرة: وهو خطأ الانعطاف، وعندما تنحرف الطائرة خلال العناوين الشمالية والجنوبية، سينخفض المغناطيس مما يؤدي إلى تدوير بطاقة البوصلة، وهذا الخطأ لا يكاد يذكر عند خط الاستواء، حيث تكون خطوط تدفق الأرض موازية للسطح، وللتعويض عن هذا الخطأ، يجب على الطيارين التجاوز عن قصد أو الانعطاف إلى العناوين الشمالية أو الجنوبية.
خطأ في التسارع والتباطؤ
نظرًا للوزن المستخدم لتصحيح الانخفاض المغناطيسي، فإن البوصلة تواجه خطأ في التسارع والتباطؤ، وعندما تتسارع الطائرة يتأخر الوزن (في نصف الكرة الشمالي) أو يتحرك للأمام (في نصف الكرة الجنوبي) من البطاقة، مما يتسبب في تحرك البطاقة وعندما تستقر سرعة الطائرة، يعود المؤشر إلى طبيعته.
ولسوء الحظ لا توجد طريقة حقيقية لتعويض هذا الخطأ، ويجب أن يكون الطيارون على دراية به للتأكد من أنهم لا يعتمدون على مؤشرات البوصلة المعيبة، والقاعدة العامة لهذا الخطأ في نصف الكرة الشمالي (المقابل في نصف الكرة الجنوبي) هي تسريع الشمال، هذا يعني أنه في نصف الكرة الشمالي، تشير البوصلة إلى اتجاه الشمال عند التسارع ونحو الجنوب عند التباطؤ.
خطأ في التذبذب
يحدث خطأ التذبذب بسبب حركة بطاقة البوصلة داخل سائل البوصلة، وقد تكون هذه الحركة بسبب مناورات الطائرة أو الاضطراب، حيث يوفر سائل البوصلة التخميد ولكن لا يمكنه منع جميع الحركات غير المرغوب فيها لبطاقة البوصلة، كما تُلاحظ تذبذبات البوصلة عمومًا على أنها تأرجح ذهابًا وإيابًا للبوصلة.
البوصلة المغناطيسية أداة رائعة تعمل مع الأرض لتزويدنا بمؤشرات الاتجاه، ولاستخدامها بشكل صحيح والبوصلة المغناطيسية هي أداة الملاحة الأساسية لمعظم الطائرات، كما إنها الأداة الوحيدة في معظم الطائرات التي تشير إلى العنوان الصحيح، ويستخدم الطيارون أيضًا البوصلة لتوجيه محيطهم والتنقل من نقطة إلى أخرى أثناء الرحلة، كما تشير البوصلة المغناطيسية إلى الشمال المغناطيسي بإبرة ممغنطة تدور على محور، وتحاذي نفسها مع المجال المغناطيسي للأرض.
