航海儀器課后解答

1、.航海儀器課后復(fù)習(xí)題第一章 陀螺羅經(jīng)1. 敘述陀螺儀的定義及其基本特性。 定義：工程上將高速旋轉(zhuǎn)的對稱剛體（轉(zhuǎn)子）及其懸掛裝置的總稱叫做陀螺儀。 基本特性：定軸性 進(jìn)動性2. 何謂平衡陀螺儀和自由陀螺儀？ 平衡陀螺儀：陀螺儀的中心和其幾何中心相重合的陀螺儀。 自由陀螺儀：不受任何外力矩作用的平衡陀螺儀。4. 位于地球上的自由陀螺儀的視運(yùn)動有何規(guī)律？如何解釋其物理實(shí)質(zhì)？ 自由陀螺儀在地球上的視運(yùn)動規(guī)律： 北緯東偏南緯西偏，（偏轉(zhuǎn)角速度為w2）東升西降南北一樣（升降角速度為w1a） 物理實(shí)質(zhì)：當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)時(shí)，在北緯子午面北點(diǎn)N向西偏轉(zhuǎn)，由于陀螺儀的定軸性，主軸空間指向不變，跟地球一起運(yùn)動的觀察者看到

2、主軸北端在不斷向東偏轉(zhuǎn)。同理在南緯，主軸指北端向西偏轉(zhuǎn)。當(dāng)陀螺儀主軸指北端偏離子午面以東時(shí)，受w1的影響，水平面東半平面下降，陀螺儀主軸的指北端相對水平面產(chǎn)生上升的視運(yùn)動；當(dāng)陀螺儀主軸的指北端偏離子午面以西時(shí)，由于水平面西半平面上升，陀螺儀主軸則產(chǎn)生下降視運(yùn)動。5.影響自由陀螺儀主軸不能穩(wěn)定指北的主要矛盾是什么？克服該主要矛盾對自由陀螺儀影響的基本原則是什么？ W2是影響自由陀螺儀主軸不能指北的主要矛盾。克服該矛盾對自由陀螺儀影響的基本原則是利用陀螺儀的進(jìn)動性，對陀螺儀水平軸施加一個(gè)外力M，使陀螺儀周周繞OZ軸進(jìn)動，并滿足 w=M/H=w26. 敘述變自由陀螺儀為擺式羅經(jīng)的兩種方法。 第一種是

3、重力下移法。將陀螺儀的重心沿垂直軸下移，時(shí)重心不與支架中心O重合，當(dāng)主軸不水平時(shí)，產(chǎn)生控制力矩。根據(jù)這種方法制成的羅經(jīng)稱為下重式羅經(jīng)。 第二種是水銀器法或液體連通器法。在平衡陀螺儀上懸掛液體連通器，液體連通器中注入適量的高比重液體（如水銀或其他化學(xué)溶劑），用以產(chǎn)生控制力矩。這類羅經(jīng)一般被稱為水銀器羅經(jīng)或稱液體連通器羅經(jīng)。7. 為何雙轉(zhuǎn)子擺式羅經(jīng)與液體連通器羅經(jīng)二者的動量矩H的指向不同？ 由于地球自轉(zhuǎn)，雙轉(zhuǎn)子擺式羅經(jīng)主軸指北端偏離水平面后產(chǎn)生的重力控制力矩My使陀螺儀主軸指北端向子午面北端靠攏，自動找北。而液體連通器羅經(jīng)隨地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的控制力矩和雙轉(zhuǎn)子擺式羅經(jīng)產(chǎn)生的控制力矩方向相反，要實(shí)現(xiàn)與雙轉(zhuǎn)

4、子羅經(jīng)同樣的自動找北功能，只有兩者動量矩H指向相反。8. 何謂水平軸阻尼法，它有何特點(diǎn)？ 水平軸阻尼法是指壓縮橢圓長軸的方法，阻尼力矩應(yīng)施加于陀螺儀的水平軸上。 特點(diǎn)：羅經(jīng)穩(wěn)定時(shí)主軸穩(wěn)定在子午面內(nèi)，但阻尼裝置的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，控制力矩與阻尼力矩之間的相位關(guān)系很難嚴(yán)格做到恰好相差/2,所以阻尼效果會受到影響。9. 何謂垂直軸阻尼法，它有何特點(diǎn)？ 垂直軸阻尼法即壓縮橢圓短軸的方法，阻尼力矩應(yīng)施加于陀螺儀的垂直軸上。 特點(diǎn)：阻尼效果好，實(shí)現(xiàn)起來也比較方便，但使用垂直軸阻尼法的羅經(jīng)會在穩(wěn)態(tài)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)附加的方位偏差，需要設(shè)置附加的補(bǔ)償裝置。10. 敘述雙轉(zhuǎn)子擺式羅經(jīng)的指北原理。 雙轉(zhuǎn)子羅經(jīng)具有定軸性和進(jìn)動

5、性，隨著地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生北緯東偏南緯西偏東升西降南北一樣的視運(yùn)動，在重力控制力矩的作用下主軸自動找北，在液體阻尼器產(chǎn)生的水平軸阻尼力矩作用下，主軸減幅擺動，此過程中主軸的高度角和方位角漸次衰減，最后抵達(dá)其穩(wěn)定位置。11.敘述液體連通器羅經(jīng)的指北原理。 單轉(zhuǎn)子羅經(jīng)具有定軸性和進(jìn)動性，隨著地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生北緯東偏南緯西偏東升西降南北一樣的視運(yùn)動，在重力控制力矩作用下主軸自動找北，在阻尼重物產(chǎn)生的垂直阻尼力矩作用下，主軸減幅擺動，此過程中主軸的高度角和方位角漸次衰減，最后抵達(dá)其穩(wěn)定位置。13.不同類型的陀螺羅經(jīng)在指北原理方面有哪些共性？ 1.都具有三個(gè)自由度，且都有視運(yùn)動 2.都具有產(chǎn)生控制力矩的設(shè)備 3.

6、都具有產(chǎn)生阻尼力矩使其穩(wěn)定指北的設(shè)備17. 何謂緯度誤差？該誤差如何予以消除？ 具有阻尼重物的液體連通器羅經(jīng)，穩(wěn)定后羅經(jīng)主軸并不恰好位于子午面內(nèi)，而是偏離子午面一個(gè)角度，當(dāng)羅經(jīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)M、Md確定后，角僅與地理緯度有關(guān)，古稱為緯度誤差。 消除方法：外補(bǔ)償法、內(nèi)補(bǔ)償法18. 何謂速度誤差？它與哪些因素有關(guān)？如何消除? 船舶以恒速恒向運(yùn)動時(shí)，陀螺羅經(jīng)主軸的穩(wěn)定位置與航速為零時(shí)主軸的穩(wěn)定位置兩者在方位上的夾角稱為速度誤差。速度誤差與船舶航速、航向以及所在緯度有關(guān)，與羅經(jīng)結(jié)構(gòu)參數(shù)無關(guān)。 消除方法：查表法、外補(bǔ)償法、內(nèi)補(bǔ)償法19. 何謂沖擊誤差？何謂第一類沖擊誤差和第二類沖擊誤差？ 船舶作機(jī)動（變速變

7、向）航行時(shí)產(chǎn)生的慣性力對羅經(jīng)作用引起羅經(jīng)主軸偏離新的穩(wěn)定位置形成的誤差稱為沖擊誤差。慣性力作用在陀螺羅經(jīng)重力控制設(shè)備上而產(chǎn)生的沖擊誤差稱為第一類沖擊誤差；慣性力作用在阻尼設(shè)備上而產(chǎn)生的沖擊誤差稱為第二類沖擊誤差。22. 何謂搖擺誤差？并簡要說明安許茨系列羅經(jīng)、斯伯利系列羅經(jīng)和阿瑪勃朗系列羅經(jīng)消減搖擺誤差的措施。 搖擺誤差是指船舶搖擺時(shí)呈周期性變化的慣性力作用于陀螺羅經(jīng)的重力控制設(shè)備而產(chǎn)生的指向誤差。 消減搖擺誤差的措施： 1.安許茨系列羅經(jīng)：在脫落球內(nèi)將單個(gè)轉(zhuǎn)子變換為兩個(gè)互成直角的陀螺轉(zhuǎn)子，兩個(gè)陀螺轉(zhuǎn) 子的動量矩形成的穩(wěn)定面可使脫落球不隨船舶一起搖擺。 2.斯伯利系列羅經(jīng)：調(diào)整液體連通器內(nèi)液體

8、的流動周期，使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于船舶搖擺周期，從而有效地消減了搖擺誤差。 3.阿瑪勃朗系列羅經(jīng)：在敏感主軸高度角的電磁擺內(nèi)充滿黏性很大的硅油，對擺錘進(jìn)行強(qiáng)阻尼，使電磁擺不隨船舶搖擺，從而減小了搖擺誤差的影響。35. 試述安許茨系列陀螺羅經(jīng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 雙轉(zhuǎn)子陀螺球、隨動球、液體支承36. 簡述安許茨4型陀螺羅經(jīng)靈敏部分的結(jié)構(gòu)和支承方式 安許茨4型陀螺羅經(jīng)主羅經(jīng)靈敏部分是一個(gè)直徑為252mm，沖有氮?dú)獾拿芊馔勇萸?，球的重心垂直下?mm，以達(dá)到產(chǎn)生下重式控制力矩的目的。球內(nèi)裝有燈型支架，支架上方裝有液體阻尼器，用于產(chǎn)生阻尼力矩。支架中間裝有兩個(gè)相同的陀螺馬達(dá)，其產(chǎn)生的合成動量矩，用于指北找北。支架下方裝

9、有電磁上托線圈，通電后產(chǎn)生電磁上托力用于輔助液體共同支承陀螺球。46試述斯伯利MK37型主羅經(jīng)的靈敏部分和隨動部分的主要部件及其作用 （1）靈敏部分 靈敏部分由陀螺球，垂直環(huán)及其組件組成。陀螺球由中間環(huán)和東西兩個(gè)半球殼組成。陀螺球內(nèi)充滿氮?dú)?，裝有一個(gè)陀螺馬達(dá)；陀螺球通過上下垂直軸安裝在垂直環(huán)內(nèi)；垂直環(huán)沿東西水平軸，水平地支承在叉形隨動環(huán)上，陀螺轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸、陀螺球垂直軸和垂直環(huán)水平軸構(gòu)成了陀螺儀的三個(gè)自由度。 （2）隨動部分 隨動部分由叉形隨動環(huán)、方位刻度盤和方位隨動電機(jī)組成。叉形隨動環(huán)通過垂直軸支承在支承板上與航向刻度盤相連，叉形隨動環(huán)上面的方位齒輪和方位隨動電機(jī)的齒輪相咬合。當(dāng)陀螺球相對垂直

10、環(huán)有方位變化時(shí)，產(chǎn)生隨動信號，經(jīng)放大器放大后驅(qū)動方位電機(jī)。在方位電機(jī)帶動下，隨動環(huán)和方位刻度盤可繞垂直軸作360的轉(zhuǎn)動。58.阿瑪勃朗型陀螺羅經(jīng)采用扭絲支承有哪些特點(diǎn)？ 利用水平扭絲產(chǎn)生控制力矩，利用垂直扭絲產(chǎn)生垂直軸阻尼力矩 羅經(jīng)內(nèi)部參數(shù)可調(diào)，具有快速穩(wěn)定功能第二章 船用磁羅經(jīng)1. 何為磁矩？其表達(dá)式是什么？何謂磁差、磁赤道及地磁三要素？ 磁矩表示磁鐵磁性的強(qiáng)弱，磁矩是同名磁量與兩磁極間距離的乘積，表達(dá)式為M=2ml。m是磁極的磁量，2l為兩磁極間的距離。 磁差是磁子午面和地理子午面的水平夾角 磁赤道是地球表面磁傾角為零的各點(diǎn)的連線 地刺三要素：地刺水平力H、磁傾角、磁差var2. 簡述磁羅

11、經(jīng)種類、結(jié)構(gòu)及主要部件作用。 根據(jù)羅盆內(nèi)有無液體可分為液體羅經(jīng)和干羅經(jīng)；根據(jù)羅經(jīng)的用途可分為標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)、操舵羅經(jīng)、救生艇羅經(jīng)、應(yīng)急羅經(jīng)；根據(jù)羅盤直徑分為190mm型、165mm型、130mm型羅經(jīng) 磁羅經(jīng)由羅經(jīng)柜、羅盆、自差校正器三部分組成。 羅經(jīng)柜用來保護(hù)羅盆，使其避免風(fēng)吹雨淋和安放消除的自差校正器 自差校正器用于消除軟鐵半圓自差、象限自差、半圓自差。 5. 如何檢查磁羅經(jīng)的靈敏度和羅盤磁性大??？ 檢查靈敏度：在船停靠碼頭時(shí)，羅盤穩(wěn)定，船上或岸上機(jī)械不工作的情況下，首先記下羅經(jīng)基線所指的航向，然后用一小磁鐵或鐵器將羅盤從原來的平衡位置向左引偏23，移開小磁鐵，觀察羅盤能否返回原航向，然后再向右

12、邊做同樣的檢查，取其誤差的平均值，若返回原航向的誤差大于0.2，則說明軸針與軸帽間的磨損較嚴(yán)重，需修理或更換。 檢查羅盤磁性：通常檢查磁針擺動半周期，羅盤處于穩(wěn)定位置，用磁鐵將羅盤從羅經(jīng)基線引偏40，移去磁鐵，羅盤開始擺動，用秒表記下原航向值連續(xù)兩次過基線的時(shí)間間隔，要求羅盤擺動周期應(yīng)為 s 9. 簡述磁羅經(jīng)九個(gè)軟鐵系數(shù)的大小和符號。 （1）軟鐵系數(shù)a和e 船上羅經(jīng)的軟鐵系數(shù)a和e符號均為負(fù)，數(shù)值較大，并且兩者絕對值ea （2）軟鐵系數(shù)c 煙囪、天線、桅桿等垂直建筑物在羅經(jīng)后方，所以c為負(fù)值且較大 （3）軟鐵系數(shù)b、d、f、h 商船構(gòu)造及甲板設(shè)備都是左右對稱的，因此裝在船首尾面上的羅經(jīng)的b、d

13、、e、f四個(gè)軟鐵系數(shù)都是正負(fù)值同時(shí)存在，一般很小幾乎等于零 （4）軟鐵系數(shù)k和g K較大，一般為正值，g一般較小，若駕駛臺在船首或船尾時(shí)，其值可能大些，其符號隨羅經(jīng)安裝位置確定第三章 船用回聲測深儀1. 試畫圖敘述回聲測深儀的測深原理（圖在課本P.87） 回聲測深儀利用測量超聲波從發(fā)射到被反射接收的時(shí)間間隔來確定水深。在船底裝有發(fā)射超聲波的發(fā)射換能器A和接收超聲波的接收換能器B，A和B之間的距離為S，S稱為基線。發(fā)射換能器A以間歇方式向水下發(fā)射頻率為20200khz的超聲波脈沖，聲波進(jìn)海底反射后一部分能量被接收換能器B接收。只要測出聲波自發(fā)射到接收所經(jīng)歷的時(shí)間，根據(jù)下列公式可求出水深：H=D+

14、h=D+ 其中H是水面到海底的深度，D為船舶吃水，h為測量水深，C為聲波在海水中的傳播速度，標(biāo)準(zhǔn)聲速1500m/s2. 畫圖說明回聲測深儀的整機(jī)組成，并說明各部分的作用及整機(jī)工作過程（圖在課本P.88）回聲測深儀整機(jī)由顯示器、發(fā)射系統(tǒng)、電源設(shè)備、接收系統(tǒng)、發(fā)射換能器和接收換能器組成 顯示器控制協(xié)調(diào)整機(jī)工作，測量聲波往返時(shí)間并將其換算成水深加以顯示發(fā)射系統(tǒng)將顯示器的發(fā)射指令變?yōu)橐欢}沖寬度、頻率和輸出功率的電磁振蕩脈沖去推動換能器工作發(fā)射換能器將電磁振蕩信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動信號，即將電能轉(zhuǎn)換為聲能，形成超聲波向海底發(fā)射接收換能器將從海底反射來的聲波信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娬袷幮盘枺磳⒙暷苻D(zhuǎn)換為電能接收系統(tǒng)將

15、來自接收換能器的回波信號加以適當(dāng)?shù)胤糯蟆⑦x擇和處理，變換為適合顯示器的回波脈沖信號工作過程：顯示器內(nèi)的發(fā)射觸發(fā)器按一定時(shí)間間隔T產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，該脈沖觸發(fā)發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生一定寬度和一定輸出功率的電振蕩發(fā)射脈沖。發(fā)射換能器將電振蕩發(fā)射脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ黝l率為20200khz的超聲波脈沖向海底發(fā)射。在發(fā)射同時(shí)，顯示器將產(chǎn)生與發(fā)射脈沖同步的零點(diǎn)信號，表示計(jì)時(shí)開始。接收換能器將來自海底的聲波反射信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娬袷幗邮彰}沖信號，經(jīng)接收系統(tǒng)放大、處理后形成回波信號送到顯示器。顯示器累計(jì)回波信號和零點(diǎn)信號間的時(shí)間間隔，并按深度公式轉(zhuǎn)換為深度予以顯示。第四章 船用計(jì)程儀2. 敘述平面式電磁傳感器的測速原理 當(dāng)船以航速v向

16、前（或向后）航行時(shí)，則水流相對船的速度v大小相等方向相反。由于海水可導(dǎo)電，可將流過兩電極間的海水看做無數(shù)根運(yùn)動的導(dǎo)體在切割磁力線，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在電極a、b和海水形成的回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢Eg=BLv*10-8 B為交流磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為兩電極間距，v為航速3. 畫圖敘述單波束多普勒計(jì)程儀的測速原理（圖在課本P.104） 在船底部裝置一個(gè)收發(fā)兼用的換能器O，船舶以速度v向前航行，換能器向海底發(fā)射頻率為f0的超聲波脈沖。聲波束的發(fā)射方向與船舶速度方向成，一般取60。換能器向海底發(fā)射的超聲波經(jīng)海底反射后一部分聲波能量被換能器接收。發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)之間有相對位移，故換能器O收到聲波的頻率和發(fā)射聲波

17、的頻率并不相同（又稱為二次多普勒效應(yīng)），測得的多普勒頻移為f= 聲波發(fā)射頻率f0、船速v及波束俯角均為已知量，只要測出f即可求出船速第五章 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)3. 試述GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位原理 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位由偽測距和定位解算實(shí)現(xiàn) （1）偽測距 衛(wèi)星信號傳播到用戶的過程中要進(jìn)過電離層和對流層的折射，信號傳播速度和路徑發(fā)生變化，由此產(chǎn)生了信號傳播延遲，帶來用戶測量時(shí)間的誤差。因此GPS接收機(jī)測得的距離不是用戶到衛(wèi)星的真距離，稱為偽距離 （2）定位解算 GPS接收機(jī)接受其視界內(nèi)一組衛(wèi)星的導(dǎo)航信號，從中取得星歷、時(shí)鐘校正參量、大氣校正參量等數(shù)據(jù)，并且測量衛(wèi)星信號的多普勒頻移和傳播延時(shí)。根據(jù)衛(wèi)星

18、星歷計(jì)算出衛(wèi)星發(fā)射信號時(shí)的位置；根據(jù)衛(wèi)星信號的傳播延時(shí)和光速的乘積計(jì)算出衛(wèi)星與用戶的偽距離；根據(jù)衛(wèi)星信號的傳播延時(shí)、光速、多普勒頻移計(jì)算出用戶的三維運(yùn)行速度6. GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位誤差主要包括哪些？偽測距誤差包括哪些？ 誤差主要包括偽測距誤差、幾何誤差、美國GPS政策帶來的誤差、速度誤差和海圖標(biāo)繪誤差等。 偽測距誤差包括衛(wèi)星誤差、信號傳播誤差及GPS接收機(jī)誤差第六章 自動識別系統(tǒng)6. 船載AIS設(shè)備靜態(tài)信息有哪些？這些信息是在什么時(shí)候如何輸入的？是否需要根據(jù)不同的航行環(huán)境而變更？ 靜態(tài)信息有MMSI、呼號和船名、IMO編號、船長和船寬、船舶類型、定位天線的位置 這些信息在AIS設(shè)備安裝的時(shí)候以人工輸入方式設(shè)定，在船舶買賣移交時(shí)需要重新設(shè)定，不需要根據(jù)航行環(huán)境的不同而變更7. 船載AIS設(shè)備發(fā)送的動態(tài)信息有哪些？這些信息來自于哪些傳感器，是否能手動輸入？其精度如何？ 動態(tài)信息有船位、UTC時(shí)間、COG（對地航向）、SOG（對地航速）、船首向、航行狀態(tài)、ROT（旋回速率）、首傾角、縱搖/橫搖。這些信息來自于GPS、羅經(jīng)、絕對計(jì)程儀等傳感器，其精度一般顯示為優(yōu)于或劣于10 m。8. 船載AIS航次相關(guān)信息有哪些？輸入時(shí)應(yīng)注意哪些問題？ 航次相關(guān)信息有船舶吃水、危險(xiǎn)品貨物、目的港/ETA、航線計(jì)劃、開行前最大吃水、危險(xiǎn)品貨物種類、港口名和時(shí)間、轉(zhuǎn)向點(diǎn)描述，