第二章羅經(jīng)測(cè)深儀

第二章羅經(jīng)測(cè)深儀第1頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月一、有關(guān)磁的基本知識(shí)

1．磁場(chǎng)概念我們知道，相互靠近的兩個(gè)磁體，具有同性相斥異性相吸的特性。若兩個(gè)磁體，一個(gè)磁體的磁量為m，另一個(gè)磁體的磁量為單位正磁量，則該單位正磁量在磁量為m磁體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中某點(diǎn)且距離為r處所受到的作用力，稱為該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，并用H表示，即H=m/r2第2頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月若在磁場(chǎng)某一范圍內(nèi)，各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相同，則稱該范圍內(nèi)的磁場(chǎng)為均勻磁場(chǎng)。位于船體范圍內(nèi)的地磁場(chǎng)可視為均勻磁場(chǎng)。第3頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月2．磁鐵

磁鐵可分為兩類，即天然磁鐵和人造磁鐵。目前所使用的人造磁鐵是用人工方法將鎳、鈷、鎢等金屬材料經(jīng)磁化而制成的。磁羅經(jīng)中均使用條形磁鐵。第4頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月通常用磁矩表示磁鐵磁性的大小，磁鐵磁矩是同名磁量與兩磁極間距離的乘積，則磁矩：M=2mL式中：m—磁量；2L—兩磁極間的距離。為了保存磁鐵的磁性，平時(shí)船上磁羅經(jīng)的備用磁棒應(yīng)異名極相靠，并避免被摔打、接觸高溫或受恒定磁場(chǎng)的干擾。第5頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月3．磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度

磁鐵的磁場(chǎng)為非均勻磁場(chǎng)，下面僅討論兩種情況下磁鐵的場(chǎng)強(qiáng)。(1)磁鐵軸延長(zhǎng)線上某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)H=2M/r3（L<<r)(2)磁鐵軸垂直平分線上某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)H=M/r3（L<<r)第6頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月4．鐵磁體的磁化

自然界中的物質(zhì)按其導(dǎo)磁能力的大小；可分為磁性物質(zhì)和非磁性物質(zhì)兩類。非磁性物質(zhì)不能被磁場(chǎng)磁化，在制造磁羅經(jīng)時(shí)，為避免產(chǎn)生附加的磁性干擾，除了羅盤的磁針以外，其余所有的材料均應(yīng)為非磁性材料，非磁性材料有金、銀、銅、木、紙、鋁、橡膠、玻璃等，其磁導(dǎo)率約為1。磁性材料又稱為鐵磁性材料，鐵、鎳、鈷及其合金等金屬材料均屬于鐵磁性材料。磁性物質(zhì)被磁化后可呈現(xiàn)出較強(qiáng)的磁性，磁力線進(jìn)入一端呈現(xiàn)南(S)極，而磁力線出去端呈現(xiàn)北(N)極。第7頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵磁體被磁化后產(chǎn)生了較強(qiáng)的附加磁場(chǎng)，它的磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于對(duì)它起感應(yīng)作用的磁場(chǎng)強(qiáng)度H與它本身被磁化后產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)Hˊ之和，即:B＝H+Hˊ(2—1—6)磁導(dǎo)率μ的大小主要與被磁化的物質(zhì)有關(guān)，鐵磁性物質(zhì)的μ>>l，其值可達(dá)數(shù)千乃至數(shù)萬之巨。第8頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵磁體的磁化特性可用磁滯回線來描述。鐵磁體被初始磁化后，當(dāng)外磁場(chǎng)H減小至零時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B降至Br，Br稱為剩磁；當(dāng)反向增大外磁場(chǎng)至Hc時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度降為零，此時(shí)的Hc稱為矯頑力。由于磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，這種現(xiàn)象稱為“磁滯”現(xiàn)象。在鐵磁性物質(zhì)中，當(dāng)外磁場(chǎng)為零時(shí)，仍保留有較強(qiáng)的磁性，這是鐵磁性物質(zhì)的重要特性之-。第9頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月磁性物質(zhì)按其保留磁性的大小，又可分為軟鐵和硬鐵兩類。硬鐵磁性材料需由較強(qiáng)的外磁場(chǎng)磁化，其剩磁可保留較長(zhǎng)時(shí)間不易消失，硬鐵的剩磁Br矯頑力Hc均較大，相應(yīng)地磁滯回線的面積也較大；軟鐵磁性材料可由較弱的磁場(chǎng)磁化，一旦外磁場(chǎng)消失，其磁性也幾乎隨之消失，軟鐵的剩磁Br矯頑力Hc均較小，磁滯回線面積也較小。實(shí)際上，很難嚴(yán)格地區(qū)分軟鐵和硬鐵，通常把矯頑力大于50奧的磁性材料視為硬鐵，如碳鋼、鎢鋼和鈷鋼等，而將矯頑力小于幾奧的磁性材料稱為軟鐵，如純軟鐵，坡莫合金和矽鋼等。第10頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)代船舶所使用的造船材料均含有硬鐵和軟鐵兩種類型的鋼鐵材料，鋼鐵材料受地磁場(chǎng)磁化后，形成了硬鐵和軟鐵磁性，統(tǒng)稱船磁。第11頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月5．地磁場(chǎng)地球可以認(rèn)為是一個(gè)均勻磁化的球體，在其周圍空間存在著磁場(chǎng)。實(shí)際觀測(cè)表明，地磁極位于地理南北極附近，而且位于地球的深處，位于北半球的地磁極稱為磁北極，且具有負(fù)磁量；而位于南半球的地磁極稱為磁南極卻具有正磁量。因此，圍繞地球空間的磁力線是從南半球走向北半球的，如圖2—1—4所示。地磁極的地理位置不是固定不變的，而是隨時(shí)間逐年緩慢地變化的。第12頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月地面上任意一點(diǎn)地磁場(chǎng)方向，可以用一根自由懸掛的磁針來測(cè)定，如圖2—1—5所示，磁針磁軸的指向順著地磁總力T，通過磁針磁軸的垂直面，稱為該地的磁子午面，磁子午面與地理子午面的水平夾角，稱為磁差(Var)。第13頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月將地磁總力丁分解為作用于磁子午面內(nèi)的水平分力H和垂直分力Z，得水平分力H和總力了之間的夾角θ，稱為磁傾角。在北半球，θ角在水平面之下為正值；在南半球，θ角在水平面之上為負(fù)值。在地球表面上磁傾角為零各點(diǎn)的連線稱為磁赤道。自磁赤道向兩極，磁傾角θ逐漸增大，在磁南北極，磁傾角相應(yīng)地為-90゜和+90゜，把磁傾角為某一定值點(diǎn)的連線稱為磁緯度。在地磁水平分力H的作用下，使磁羅經(jīng)指向磁北，可見H越大，磁羅經(jīng)的指北力也就越大。因?yàn)樵诖懦嗟捞嶩為最大值，而在地磁極處H為零，所以在地磁極附近無法用磁羅經(jīng)來指示方向。與水平分力H相對(duì)應(yīng)，垂直分力Z在磁赤道處為零，而在兩磁極處最大。第14頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月在不同的地理位置，磁差是不同的。磁差的變化范圍可達(dá)o゜～16゜，當(dāng)磁北在真北東面時(shí)，稱為東磁差；而在真北西面時(shí)，稱為西磁差。通常把地磁水平分力H，磁傾角θ和磁差Var稱為地磁三要素，只要知道這三個(gè)量即可計(jì)算出其他的地磁要素。第15頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月二、船用磁羅經(jīng)

1．船用磁羅經(jīng)的分類(1)按羅盆內(nèi)有否液體分類根據(jù)羅盆內(nèi)有無液體，磁羅經(jīng)可分為液體羅經(jīng)和干羅經(jīng)兩類。液體羅經(jīng)的羅盆內(nèi)盛滿液體，羅盤浸浮在液體中，因液體的阻尼作用，當(dāng)船舶搖擺時(shí)，羅盤的指向穩(wěn)定性好。另外，由于液體浮力的作用，減小了軸針與軸帽間的摩擦力，提高了羅盤的靈敏度，故液體羅經(jīng)在當(dāng)代船舶上已被廣泛使用。干羅經(jīng)因其穩(wěn)定性差，故已被淘汰。第16頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)按用途分類

①標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)(Standardcompass)：②操舵羅經(jīng)(steeringcompass)：(3)救生艇羅經(jīng)(1ifeboatcompass)④應(yīng)急羅經(jīng)或稱太平羅經(jīng)(emergencycompass)第17頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)按羅盤的直徑分類按羅經(jīng)的羅盤直徑來分類，目前常用的有190mm、165mm、130mm等類型羅經(jīng)。第18頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月2．船用磁羅經(jīng)的結(jié)構(gòu)

一般船用磁羅經(jīng)主要由羅經(jīng)柜、羅盆和自差校正器三部分組成。第19頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)羅經(jīng)柜羅經(jīng)柜(binnacle)由木材、銅或鋁合金等非磁性材料制成，用于安放羅盆和自差校正器等，如圖2—1—6所示。在羅經(jīng)柜的頂部有羅經(jīng)帽，它可保護(hù)羅盆使其避免風(fēng)吹雨淋和日曬以及在夜航中防止照明燈光外露。第20頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月在羅經(jīng)柜的正前方，有一豎直筒，筒內(nèi)根據(jù)需要放置一定長(zhǎng)度的佛氏鐵圓塊或放置一定數(shù)量的軟鐵條。佛氏鐵(Flindersbar)屬于軟鐵校正器，主要用于消除在羅經(jīng)后方的桅桿、煙囪等豎直軟鐵對(duì)羅經(jīng)產(chǎn)生的軟鐵半圓自差。第21頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月在羅經(jīng)柜左右正橫的支架上放置校正軟鐵(quadrantalcorrectors)，主要有軟鐵球或軟鐵片兩種類型，要求校正軟鐵的中心應(yīng)與羅盤磁針位于同一平面內(nèi)，以對(duì)羅經(jīng)產(chǎn)生較大的作用力。校正軟鐵屬于軟鐵校正器，主要用于消除船舶水平軟鐵對(duì)羅經(jīng)產(chǎn)生的象限自差。第22頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月在羅經(jīng)柜內(nèi)，位于羅盆正下方有一豎直銅管，管內(nèi)安放一根垂直磁鐵(heelingmagnets)，并可由吊鏈拉動(dòng)在管內(nèi)上下移動(dòng)。它屬于硬鐵校正器，主要用于校正船舶磁場(chǎng)中垂直方向的硬鐵船磁力在船舶搖擺時(shí)對(duì)羅經(jīng)產(chǎn)生的傾斜自差。第23頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月在羅經(jīng)柜內(nèi)還安放有水平縱向(foreandaftmagnets)和橫向的磁鐵棒(athwardshipmagnets)，也屬于硬鐵校正器。羅盤中心應(yīng)位于縱向和橫向磁鐵的垂直平分線上，通過調(diào)整磁鐵位置的高低或通過齒輪裝置對(duì)稱地增大或減小兩磁棒間的夾角，以改變磁鐵對(duì)羅經(jīng)產(chǎn)生的縱向和橫向作用力的大小。水平縱橫向磁鐵主要用于校正船硬鐵磁場(chǎng)在船縱橫方向上的投影力對(duì)羅經(jīng)產(chǎn)生的半圓自差。第24頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)羅盆羅盆(compassbowl)由羅盆本體及羅盤兩部分組成。羅盆均由銅制成，其頂部為玻璃蓋，它與盆體的接合處用橡皮圈密封以保水密。羅盆的底部加有配重，以降低羅盆的重心，并保持羅盆的穩(wěn)定。第25頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月4．磁羅經(jīng)的安裝

(1)安裝位置的選擇磁羅經(jīng)受船磁影響產(chǎn)生自差的大小與羅經(jīng)安裝的位置有關(guān)。羅經(jīng)安裝的位置應(yīng)盡可能選擇船磁影響小的地方，一般均安裝在駕駛室上面的露天甲板上。船舶鋼鐵設(shè)備與羅經(jīng)均應(yīng)保持一定的距離,應(yīng)離羅經(jīng)越遠(yuǎn)越好。由于船體的左右結(jié)構(gòu)對(duì)稱，為使感應(yīng)船磁在羅經(jīng)兩旁對(duì)羅經(jīng)的磁性干擾相互抵消，磁羅經(jīng)均安裝在船首尾線上。羅經(jīng)兩旁的鋼鐵設(shè)備，若可能的話也應(yīng)左右對(duì)稱配置，否則將使剩余自差增大。羅經(jīng)的周圍應(yīng)是開敞的，視線阻礙最小，以便于觀測(cè)方位。第26頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)羅經(jīng)的安裝在商船上，不論標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)還是操舵羅經(jīng)，其首尾基線均要求準(zhǔn)確地安裝在船首尾線內(nèi)。為此，在安裝羅經(jīng)時(shí)，船應(yīng)保持正平，首先用尺量出船首尾線的位置，在該位置上放上羅經(jīng)的墊木，并安上磁羅經(jīng)，羅經(jīng)柜應(yīng)與甲板垂直，否則調(diào)整羅經(jīng)柜下的墊木，使羅經(jīng)柜垂直。第27頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月羅經(jīng)的首尾基線應(yīng)與船首尾線重合?？衫么灼鞐U、桅桿以及船尾的煙囪等位于船首尾線上的目標(biāo)來核對(duì)羅經(jīng)基線的準(zhǔn)確性。首先用方位圈對(duì)準(zhǔn)船首的目標(biāo)，然后再檢查羅經(jīng)的基線是否也在方位圈的照準(zhǔn)面內(nèi)。若羅經(jīng)基線不在照準(zhǔn)面內(nèi)，可調(diào)整羅經(jīng)柜，使羅經(jīng)基線與船首目標(biāo)重合。將方位圈旋轉(zhuǎn)180゜，觀測(cè)羅經(jīng)的尾基線是否對(duì)準(zhǔn)煙囪的中線，可用方位圈觀測(cè)煙囪兩邊緣相對(duì)尾基線的夾角是否相等來判斷尾基線是否在船首尾面內(nèi)。若兩夾角相等，說明尾基線位于船首尾面內(nèi)，在固定羅經(jīng)柜的過程中，應(yīng)按此方法反復(fù)檢查首尾基線的準(zhǔn)確性，一般要求其偏差小于0゜．2。第28頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月5．磁羅經(jīng)的檢查

(1)羅盆及羅盤的檢查①羅盆在常乎環(huán)上應(yīng)保持水平，羅盆液體應(yīng)五色透明，且無沉淀物，羅盤應(yīng)無變形。②檢查羅經(jīng)基線是否位于船首尾面內(nèi)，偏差小于o゜．2。第29頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月③檢查羅盤的靈敏度：該項(xiàng)檢查主要查看羅盤軸帽與軸針之間摩擦力的大小，若摩擦力較大時(shí)?？蓪?dǎo)致羅經(jīng)產(chǎn)生較大的指向誤差。檢查的方法是：在船靠穩(wěn)碼頭后，用一小磁鐵將羅盤從原來的位置向左引偏2゜～3゜，然后移去小磁鐵，觀察羅盤是否返回原位，再將羅盤引向右邊，做同樣的檢查。要求羅盤返回原位的誤差應(yīng)在(3/H)゜以內(nèi)(H為地磁水平分量，單位為微特(μT)，1奧＝100微特)，若返回原位的誤差大于o゜．2，則說明軸針與軸帽間的磨損較嚴(yán)重，需修理或更換。第30頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月④檢查羅盤擺動(dòng)周期：該項(xiàng)檢查主要是檢查羅盤磁性的強(qiáng)弱，通常僅測(cè)羅盤擺動(dòng)的半周期，檢查方法如下：船靠穩(wěn)碼頭后，用磁鐵將羅盤引偏40゜，然后移去磁鐵，讓羅盤擺動(dòng)，用秒表記下原基線所指的度數(shù)連續(xù)兩次通過基線的時(shí)間間隔，即為羅盤擺動(dòng)的半周期，再用磁鐵將羅盤引向另一邊做同樣的檢查。要求羅盤擺動(dòng)半周期應(yīng)不小于(2600/H)?s，若半周期變大，說明羅盤磁針的磁性變?nèi)?。⑤消除羅盆內(nèi)的氣泡⑥自差校正器的檢查⑦方位圈的檢查第31頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月6．磁羅經(jīng)的使用與保養(yǎng)(1)磁羅經(jīng)的使用①磁羅經(jīng)必須經(jīng)過正確地校正自差，并備有1年內(nèi)有效的自差表。②平時(shí)應(yīng)經(jīng)常測(cè)定自差，每班要準(zhǔn)確地和陀螺羅經(jīng)航向比以求得自差。③測(cè)物標(biāo)方位時(shí)，注意方位圈上的水準(zhǔn)器，使羅盆保持水平狀態(tài)。④在羅經(jīng)附近不得放置鐵磁性物體，以免影響羅經(jīng)的正常工作。⑤適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)反射或投影羅經(jīng)的光學(xué)透鏡裝置的焦距，以使航向刻度更加清晰⑥按本節(jié)中對(duì)磁羅經(jīng)檢查的要求，定期或隨時(shí)對(duì)磁羅經(jīng)進(jìn)行檢查。⑦當(dāng)發(fā)現(xiàn)羅經(jīng)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時(shí)，應(yīng)記人航海日志，并向船長(zhǎng)報(bào)告。第32頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)磁羅經(jīng)的保養(yǎng)①

平時(shí)應(yīng)蓋好羅經(jīng)帽并套好羅經(jīng)護(hù)罩，以防太陽曝曬使刻度盤變形浪時(shí)羅經(jīng)柜內(nèi)進(jìn)水②

船靠碼頭，不使用羅經(jīng)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉羅經(jīng)照明燈。③

羅經(jīng)軸承及常平環(huán)等活動(dòng)部分應(yīng)定期加潤(rùn)滑油。4.保持羅盆液體無色透明，及時(shí)排除羅盆內(nèi)氣泡。第33頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月5.檢查羅經(jīng)墊木，防止被腐蝕。6.

應(yīng)定期清潔投影或反射式羅經(jīng)的光學(xué)透鏡面，以使羅盤反射的刻度清晰可見。7.

防止軟硬鐵校正器生銹，備用的軟鐵校正器不能靠近永久磁鐵；備用的校正磁棒應(yīng)異名極相靠，并避免高溫、劇烈振動(dòng)和其他磁場(chǎng)的影響。8.

方位圈不用時(shí)，應(yīng)將其放在箱內(nèi)保存，以防止因碰撞等原因使方位圈變形第34頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月三、自差的測(cè)定與自差表1．羅經(jīng)自差Dev現(xiàn)代船舶均由鋼鐵材料建造，造船材料中的硬鐵和軟鐵材料被地磁場(chǎng)磁化后，分別形成了硬鐵船磁和軟鐵船磁統(tǒng)稱為船磁，船磁對(duì)船上羅經(jīng)的作用力稱為船磁力。羅經(jīng)在船磁力的作用下產(chǎn)生了自差，自差是指羅經(jīng)偏離磁北的角度，用Dev表示，羅北偏在磁北的東邊，稱為東自差；反之偏在西邊，稱為西自差。第35頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月通常在船磁場(chǎng)中，因?yàn)橛茶F船磁力遠(yuǎn)大于軟鐵船磁力，所以船羅經(jīng)的硬鐵自差也遠(yuǎn)大于軟鐵自差。船磁硬鐵自差是每次羅經(jīng)自差校正的重點(diǎn)。硬鐵船磁力可分解為縱向(P)，橫向(Q)和垂向(R)三個(gè)分力。由于硬鐵船磁力具有相對(duì)于羅經(jīng)的大小和方向均固定不變的特性，縱向和橫向硬鐵船磁力所產(chǎn)生的自差將隨船航向的正弦和余弦函數(shù)關(guān)系變化，它們所產(chǎn)生的自差統(tǒng)稱為半圓自差，而垂直向的硬鐵船磁力在船正平時(shí)不產(chǎn)生自差，當(dāng)船搖擺時(shí)，會(huì)使羅經(jīng)產(chǎn)生自差，并稱為傾斜自差。第36頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月凡屬下列情況，必須校正磁羅經(jīng)自差：(1)修船后，特別是在羅經(jīng)附近增加或拆除鋼鐵構(gòu)件等(2)船舶受到劇烈振動(dòng)后，如碰撞、擱淺或遭雷擊。(3)標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)自差大于土3O，操舵羅經(jīng)自差大于士5O。(4)羅經(jīng)安裝位置有所變動(dòng)。(5)用電磁吊裝卸貨物后。(6)每年應(yīng)校正一次自差。(7)其他導(dǎo)致自差變動(dòng)較大的情況。第37頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月2．自差測(cè)定方法

求自差主要有兩種方法：一是按物標(biāo)的方位比對(duì)，另一是按航向比對(duì)，其公式為：MB—CB=Devφ—φˊ=Dev(2—1—8)式中：MB—磁方位；CB—羅方位；φ—磁航向；φˊ—羅航向。第38頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種常用的方法(1)利用疊標(biāo)測(cè)定自差(2)利用天體測(cè)定自差(3)利用航向比對(duì)求自差第39頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月3．自差表

不論用何種方法消除自差，都不可能絕對(duì)準(zhǔn)確地把各航向上的自差都消除為零，總是留有剩余白差，—般要求標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)的剩余自差小于3゜，而操舵羅經(jīng)的剩余自差小于5゜。第40頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月磁羅經(jīng)的自差是隨航向的不同而變化的，要使用磁羅經(jīng)，必須知道不同航向上磁羅經(jīng)的自差。通常船上均列出每隔10゜或15゜航向的自差表(deviationtable)，以供航行使用。第41頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月從自差表判斷校正羅經(jīng)自差的質(zhì)量(1)自差曲線應(yīng)是光滑的(2)計(jì)算出的五個(gè)自差系數(shù)應(yīng)較小，通常在o゜．5左右(3)在八個(gè)航向?qū)嶋H測(cè)得的自差與計(jì)算求得的該航向自差之間的差值不應(yīng)超過o゜．5第42頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)陀螺羅經(jīng)

一、陀螺羅經(jīng)指北原理-陀螺羅經(jīng)俗稱電羅經(jīng)，是目前船上廣泛使用的一種航海指向儀器，其基本工作原理是利用陀螺儀的特性，在地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響下，借助于控制設(shè)備和阻尼設(shè)備，使陀螺儀能自動(dòng)地找北，最后穩(wěn)定地指北。第43頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月作為航海指向儀器應(yīng)滿足以下兩個(gè)基本要求：(1)羅經(jīng)的指北部分能保持穩(wěn)定指北，即相對(duì)地平坐標(biāo)具有穩(wěn)定位置。(2)當(dāng)羅經(jīng)偏離穩(wěn)定位置后，具有自動(dòng)返回穩(wěn)定位置的性能。所謂陀螺羅經(jīng)的指北原理就是討論陀螺羅經(jīng)是如何滿足上述兩項(xiàng)基本要求的，簡(jiǎn)單地說，就是如何使陀螺儀發(fā)展成為陀螺羅經(jīng)。第44頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月1．陀螺儀陀螺羅經(jīng)之所以能正確指北，是因?yàn)槔昧送勇輧x的特性。陀螺羅經(jīng)的核心是一個(gè)陀螺儀，見圖2—2—1。在工程技術(shù)上把陀螺儀定義為：高速旋轉(zhuǎn)的對(duì)稱轉(zhuǎn)子及保證轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸(主軸)指向空間任意方向的內(nèi)外環(huán)懸掛裝置。高速是指轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度可達(dá)1—2萬r／min。因此，在陀螺羅經(jīng)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速由零達(dá)到額定轉(zhuǎn)速約需要20min過渡時(shí)間。陀螺儀除可繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)外，還可繞與自轉(zhuǎn)軸相垂直的水平軸和垂直軸在高度和方位上運(yùn)動(dòng)。因此，陀螺儀可同時(shí)繞三個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，即具有三自由度，三軸的交點(diǎn)稱為陀螺儀的中心。第45頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月若具有三自由度陀螺儀的重心與其中心相重合，該陀螺儀稱為平衡陀螺儀，不受任何外力矩作用的平衡陀螺儀稱為自由陀螺儀。陀螺儀轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢用動(dòng)量矩H來描述：H＝Jw(2—2—1)式中：H的方向與轉(zhuǎn)子角速度w的方向一致；J—轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。第46頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月特性：(1)定軸性在不受外力矩作用時(shí)，自由陀螺儀主軸將保持其宇宙空間初始指向不變。(2)進(jìn)動(dòng)性在外力矩M作用下，陀螺儀主軸動(dòng)量矩的矢端將以捷徑向外力矩方向進(jìn)動(dòng)。第47頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖2—2—2所示，若陀螺儀主軸進(jìn)動(dòng)角速度用wp表示，則進(jìn)動(dòng)角速度wp動(dòng)量矩H和外力矩M三者之間方向是相互垂直的，wp與h和M間的關(guān)系為：wp=M/H進(jìn)動(dòng)角速度wp，與外力矩M成正比，與動(dòng)量矩H成反比。在需要應(yīng)用陀螺儀的定軸性時(shí)，應(yīng)使外力矩為零；當(dāng)需要陀螺儀按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)對(duì)它施加相應(yīng)的外力矩。第48頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月2．自由陀螺儀的視運(yùn)動(dòng)

既然陀螺儀具有定軸性，若把轉(zhuǎn)子主軸對(duì)準(zhǔn)真北，然后啟動(dòng)轉(zhuǎn)子使其作高速旋轉(zhuǎn)，陀螺儀主軸不就永遠(yuǎn)指北了嗎?但我們知道，地球每天自西向東轉(zhuǎn)動(dòng)一周，人和陀螺儀均隨地球自轉(zhuǎn)，如圖2—2—3所示，當(dāng)在位置1時(shí)，陀螺儀主軸水平指北。由于隨地球白轉(zhuǎn)到達(dá)位置2時(shí)，地球子午面的空間方向發(fā)生了變化，而陀螺儀主軸仍保持其空間初始指向不變，因此隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)的觀察者在位置2看到陀螺儀主軸矢端已自子午面向東偏了一方位角α，同時(shí)自水平面升高了一高度角θ。若繼續(xù)觀察下去，隨著地球的自轉(zhuǎn)，α角和θ角也在不斷地發(fā)生變化。第49頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月3．變自由陀螺儀為陀螺羅經(jīng)

在影響自由陀螺儀視運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)分量W1和W2中，當(dāng)陀螺儀主軸指北時(shí)，W1不會(huì)使陀螺儀產(chǎn)生視運(yùn)動(dòng)，即無影響；而對(duì)于W2，只有船在赤道處，垂直分量才為零。因?yàn)榇藭r(shí)We＝W1，所以W2對(duì)陀螺儀視運(yùn)動(dòng)的影響是經(jīng)常存在的。W2是使自由陀螺儀不能穩(wěn)定指北的主要原因。第50頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月為使陀螺儀主軸能穩(wěn)定在子午面內(nèi)，可利用陀螺儀的進(jìn)動(dòng)特性。在陀螺儀的水平軸上施加—外力矩My。My使陀螺儀主軸繞垂直軸進(jìn)動(dòng)角速度Wpz等于地球自轉(zhuǎn)使子午面轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度W2，即：Wpz=W2這樣陀螺儀主軸便始終停留在子午面內(nèi)，成為我們所需要的航海羅經(jīng)了第51頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月我們把在陀螺儀水平軸上施加的外力矩稱為控制力矩。目前產(chǎn)生控制力矩的方式主要有兩類：電磁控制式的和重力控制式。電磁控制式的是利用電磁元件產(chǎn)生所需的控制力矩，如電控式羅經(jīng)。重力控制式的是直接由地球重力作用而獲得控制力矩。第52頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月在實(shí)際應(yīng)用中，又可分為下重式和上重式兩類。所謂下重式，是將陀螺儀的重心沿垂直軸下移，使其重心低于陀螺儀中心，當(dāng)陀螺儀主軸不水平時(shí)，由于地球的重力使陀螺儀獲得找北的控制力矩，如安許茨系列羅經(jīng)；而上重式是在陀螺儀上安裝盛有一定量硅油的液體連通器，當(dāng)陀螺儀主軸不水平時(shí)，下降一側(cè)多余的液體產(chǎn)生了重力控制力矩．相當(dāng)于陀螺儀的重心沿垂直軸上移，故稱上重式羅經(jīng)。上重式羅經(jīng)和下重式羅經(jīng)又統(tǒng)稱為擺式羅經(jīng)。第53頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月在擺式羅經(jīng)產(chǎn)生控制力矩的方法中，控制力矩都是在主軸偏離水平面θ角時(shí)，由于重力作用而獲得的。但上重式和下重式兩種羅經(jīng)力矩的方向則相反，為了達(dá)到主軸指北端向北運(yùn)動(dòng)的目的，其動(dòng)量矩H方向也應(yīng)相反，下重式羅經(jīng)動(dòng)量矩H指北，而上重式羅經(jīng)動(dòng)量矩H指南.第54頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月4.擺式羅經(jīng)的減幅擺動(dòng)

擺式羅經(jīng)啟動(dòng)后，主軸指北端將作橢圓擺動(dòng)，不能穩(wěn)定指北。為使羅經(jīng)主軸由等幅擺動(dòng)變?yōu)闇p幅擺動(dòng)，最后自動(dòng)到達(dá)穩(wěn)定位置，羅經(jīng)必須加裝阻尼設(shè)備，以產(chǎn)生阻尼力矩。通常羅經(jīng)阻尼的方法可分為兩種：當(dāng)阻尼力矩作用于水平軸上時(shí)，稱為水平阻尼法；當(dāng)阻尼力矩作用在垂直軸上時(shí)，稱為垂直軸阻尼法。第55頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月上述兩種方法阻尼的原則是：當(dāng)羅經(jīng)所在位置固定時(shí)，橢圓的扁率也為常量。若方位角或高度角有一個(gè)量縮小時(shí)，另一個(gè)量必然按比例相應(yīng)地縮小，角和角漸次衰減，使主軸的擺動(dòng)軌跡由橢圓變成收斂的螺旋線，最后穩(wěn)定指北，至此，陀螺儀就成為名符其實(shí)的航海陀螺羅經(jīng)了。第56頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)水平軸阻尼法下重式羅經(jīng)多采用水平軸阻尼法，阻尼力矩由液體阻尼器產(chǎn)生。液體阻尼器安裝在陀螺儀的上方，容器內(nèi)注有—定量粘度較大的液體,再加上液體阻尼器內(nèi)液體流動(dòng)的管路很細(xì)。使液體的流動(dòng)滯后于主軸高度角的變化。由于液體流動(dòng)的滯后作用，當(dāng)主軸偏在子午而以東時(shí)北端液體多，因重力的作用，阻尼力矩指向西；偏在子午面以西時(shí)南端液體多，阻尼力矩指向東。剛為阻尼力矩的作用總是把主軸壓向子午面，即壓縮了橢圓的長(zhǎng)半軸，使橢圓的短半軸心相應(yīng)地減小，所以增加阻尼力矩后，主軸的擺動(dòng)曲線不再是橢圓，而變成收斂的螺旋線。第57頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)垂直軸阻尼法液體連通器(即上重式)羅經(jīng)多采用垂直軸阻尼法。它是在陀螺儀的西邊加一阻尼乖物以產(chǎn)業(yè)阻尼力矩．當(dāng)主軸指北端高于水平面時(shí)．在阻尼力矩作用下，主軸向下進(jìn)動(dòng)；當(dāng)主軸低于水平面時(shí)，在阻尼力矩作用下，主軸向上進(jìn)動(dòng)，總之，不論主軸高于或低于水平面，阻尼力矩總把主軸壓向水平面，即壓縮了橢圓的短半軸，必然引起長(zhǎng)半軸相應(yīng)地縮短，即角和角逐漸衰減，最后，羅經(jīng)主軸指北端趨向穩(wěn)定位置。第58頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)羅經(jīng)的穩(wěn)定位置(4)羅經(jīng)性能的幾個(gè)參數(shù)第59頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月第60頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月②羅經(jīng)穩(wěn)定時(shí)間羅經(jīng)穩(wěn)定所需的時(shí)間是指羅經(jīng)白啟動(dòng)到主軸偏離子午面士1゜以內(nèi)所需的時(shí)間-般羅經(jīng)的阻尼擺動(dòng)大約要經(jīng)過2．5個(gè)周期可穩(wěn)定指北，即從羅經(jīng)啟動(dòng)到穩(wěn)定指北約需3h。為了確保I陀螺羅經(jīng)在船舶開航時(shí)即能使用，應(yīng)提前2—4h啟動(dòng)羅經(jīng)。若主軸開始偏離真北的角度小，阻尼運(yùn)動(dòng)周期數(shù)少，則主軸穩(wěn)定指北所需的時(shí)間就短，為了縮短羅經(jīng)的穩(wěn)定時(shí)間，在啟動(dòng)羅經(jīng)前可人為地使主軸偏離真北的角度小一些，以達(dá)到加速啟動(dòng)的目的?！逗４叫性O(shè)備規(guī)范》中規(guī)定：陀螺羅經(jīng)啟動(dòng)后，應(yīng)在6h內(nèi)穩(wěn)定。第61頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月二、陀螺羅經(jīng)的誤差

由于某些因素的影響，使得羅經(jīng)穩(wěn)定時(shí)，主軸在方位上偏離真北方向所形成的夾角，稱為陀螺羅經(jīng)的誤差。按誤差產(chǎn)生的原因，羅經(jīng)誤差可分為原理性誤差和非原理性誤差兩類。第62頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月原理性誤差有：緯度誤差、速度誤差、沖擊誤差及搖擺誤差等。這些誤差均由某一因素引起，并按一定的規(guī)律變化，有確定的大小和符號(hào)。非原理性誤差如基線誤差等具有不確定性，無一定的規(guī)律可言。第63頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月1．緯度誤差采用垂直軸阻尼法的陀螺羅經(jīng)，其主軸指北端的穩(wěn)定位置在方位上偏離子午面的角度稱為緯度誤差。緯度誤差是采用垂直軸阻尼法的羅經(jīng)(如液體連通器式羅經(jīng)和電控羅經(jīng))所特有的。第64頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月消除緯度誤差目前采用兩種方法：外補(bǔ)償法和內(nèi)補(bǔ)償法。所謂外補(bǔ)償法又稱機(jī)械補(bǔ)償法，它采用機(jī)械解算裝置，根據(jù)緯度誤差公式，求出緯度誤差的數(shù)值和符號(hào)，通過移動(dòng)主羅經(jīng)的基線或羅經(jīng)方位刻度盤，從羅經(jīng)示度中消除誤差，但主軸在方位上的穩(wěn)定位置不變，仍偏離子午面一個(gè)角度。內(nèi)補(bǔ)償法又稱力矩式補(bǔ)償法，它采用電氣解算裝置，輸出按緯度誤差變化的電信號(hào)，通過力矩器，對(duì)羅經(jīng)施加補(bǔ)償力矩，使主軸回到子午面內(nèi)，即從根本上消除了緯度誤差。第65頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月為消除緯度誤差，羅經(jīng)上均設(shè)有緯度誤差補(bǔ)償器。使用羅經(jīng)時(shí)，應(yīng)按照船舶所在的半球和緯度，調(diào)整好有關(guān)旋鈕。根據(jù)表2—2—1所列的數(shù)據(jù)，為提高校正精度，當(dāng)船在中低緯度航行時(shí)，緯度每變化5゜，需重新調(diào)整一次緯度旋鈕；當(dāng)船在高緯度航行時(shí)，緯度每變化3゜，需重新調(diào)整緯度旋鈕。第66頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月2．速度誤差當(dāng)船舶作恒向恒速運(yùn)動(dòng)時(shí)，羅經(jīng)主軸的穩(wěn)定位置與船速為零時(shí)主軸穩(wěn)定位置二者在方位上的夾角，稱為速度誤差(speederror)。因?yàn)樗俣日`差與羅經(jīng)本身的參數(shù)無關(guān)，所以只要船舶恒速恒向運(yùn)動(dòng)，任何羅經(jīng)都會(huì)產(chǎn)生速度誤差。第67頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月主軸偏離子午面的方位角稱為速度誤差，記為αrV，其表達(dá)式為：αrV=VcosC/ReWecosφ=VcosC/5cosφ

式中：C一船舶航向；Re—地球半徑第68頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月由式(2—2—5)可知，影響速度誤差的因素有船速、航向和船所在緯度。很顯然，速度誤差正比于船速，船速V越大，速度誤差也越大；速度誤差反比于緯度的余弦，緯度越高，速度誤差也越大；速度誤差正比于航向的余弦，在0゜和180゜航向上，速度誤差最大，在90゜和270゜航向上，速度誤差為零。船在北半圓即偏北航行時(shí)，速度誤差符號(hào)為正，即具有西誤差；船在南半圓航向上，即偏南航行時(shí)，速度誤差符號(hào)為負(fù)，具有東誤差。由不同的航向、航速和地理緯度產(chǎn)生的速度誤差見表2—2—2。由表可見，由于船舶恒向恒速運(yùn)動(dòng)所引起的速度誤差必須要消除，否則將影響船舶的安全航行，特別是船航行在高緯且高速的情況下，更不能忽視。第69頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月目前消除速度誤差有以下三種方法：(1)查表法有的陀螺羅經(jīng)為了簡(jiǎn)化羅經(jīng)結(jié)構(gòu)，不安裝校正速度誤差設(shè)備，而備有速度誤差表，供駕駛?cè)藛T使用(如表2—2—2)。安許茨型羅經(jīng)通常采用查表法校正速度誤差。第70頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月例如，某船航行緯度為40゜，羅經(jīng)航向?yàn)?0゜，航速為16kn，求真航向。從表：查得速度誤-1゜.1.真航向＝30゜一1゜．1＝28゜．9第71頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)外補(bǔ)償法和內(nèi)外補(bǔ)償法與消除緯度誤差的方法相類似，消除速度誤差也有外補(bǔ)償法和內(nèi)補(bǔ)償法。斯伯利系列羅經(jīng)船所在緯度，通常在緯度每變化5゜，航速每變化5kn，需重新調(diào)整緯度和航速旋鈕。第72頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月3．沖擊誤差

沖擊誤差(ballisticerror)是指船舶進(jìn)行機(jī)動(dòng)(變速變向)航行時(shí)所產(chǎn)生的慣性力使羅經(jīng)主軸偏離其穩(wěn)定位置而出現(xiàn)的指向誤差。由于船舶機(jī)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間較之于羅經(jīng)的擺動(dòng)周期甚為短暫，因而機(jī)動(dòng)時(shí)所出現(xiàn)的慣性力對(duì)羅經(jīng)的作用相當(dāng)于一個(gè)沖擊，故稱之為沖擊誤差。第73頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月沖擊誤差可分為兩類：當(dāng)慣性力作用在羅經(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，記為Bi;當(dāng)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，記為B2第74頁，課件共85頁，創(chuàng)作于2023年2月4．搖擺誤差

陀螺羅經(jīng)的搖擺誤差(rollingerror)是指船舶搖擺時(shí)所產(chǎn)生的慣性力作用在羅經(jīng)的控制設(shè)備上使羅經(jīng)產(chǎn)生的指向誤差。理論分析證明，搖擺誤差除與羅經(jīng)結(jié)構(gòu)、安裝位置、船舶搖擺姿態(tài)和船舶所在緯度有關(guān)外，還與船舶